Livet på en fjern planet – hvis den eksisterer – kan ikke se ut som livet på jorden. Men det er et begrenset antall kjemiske ingredienser i universets «pantry» og begrensede måter å blande dem på.
Et team ledet av forskere ved University of Wisconsin-Madison utforsket disse begrensningene for å skrive en «kokebok” med hundrevis av kjemiske oppskrifter med potensial til å gi opphav til liv.
Listen over ingredienser kan lede søket etter liv andre steder i universet, noe som indikerer mest sannsynlige forhold – planetariske versjoner av blandeteknikker, «ovns»-temperaturer og «steketider» – slik at oppskrifter blir til virkelighet.
Prosessen med progresjon fra grunnleggende kjemiske ingredienser til de komplekse syklusene av metabolisme og cellulær reproduksjon som definerer livet, sier forskere, krever ikke bare en enkel begynnelse, men også repetisjon.
«Livets opprinnelse er faktisk en prosess der noe starter fra ingenting», sier Betül Kaçaren NASA-finansiert astrobiolog og professor i bakteriologi ved UW-Madison.
«Men dette kan ikke skje bare én gang. Livet kommer ned til kjemi og forholdene som kan generere et mønster av selvreproduserende reaksjoner, legger han til.
Kjemiske reaksjoner som produserer molekyler som stimulerer gjentakelsen av samme reaksjon kalles autokatalytiske reaksjoner.
I en ny studie, publisert denne uken i Journal of the American Chemical Society, Zhen Pengen forsker i Kaçars laboratorium, og samarbeidspartnere kompilerte 270 kombinasjoner av molekyler – som involverer atomer fra alle grupper og serier i det periodiske systemet – med potensial for vedvarende autokatalyse.
«Man trodde at denne typen reaksjoner det var veldig sjeldent«, sier Kaçar. «Vi viser at de faktisk er langt fra sjeldne. Du trenger bare å se på rett sted.»
Forskerne fokuserte sin forskning på såkalte forhold. I disse reaksjonene kombineres to forbindelser som inkluderer det samme elementet med forskjellig antall elektroner, eller reaktive tilstander, for å lage en ny forbindelse der elementet er midt i de innledende reaktive tilstandene.
For å være autokatalytisk må reaksjonsresultatet også gi utgangsmaterialer for at reaksjonen skal skje igjenslik at utgangen blir en ny inngang, sier Zach Adamstudiemedforfatter og UW-Madison geoforsker som studerer opprinnelsen til livet på jorden.
Forholdsreaksjoner resultere i flere kopier av noen av de involverte molekylene, og gir materialer for de følgende trinnene i autokatalyse.
«Hvis forholdene er riktige, er det mulig å starte med relativt få av disse utgangene,» sier Adam. «Hver gang vi går rundt syklusen, produserer vi minst én ekstra utgang som fremskynder reaksjonen og gjør den enda raskere.»
Autokatalyse Det er som en voksende bestand av kaniner. Kaninpar samles, produserer kull med nye kaniner, og så vokser de nye kaninene for å slå seg sammen og lage enda flere kaniner. Det skal ikke mange kaniner til før det snart er mange flere kaniner.
Derimot, se etter floppy ører og buskete haler by the Universe er sannsynligvis ikke en vinnende strategi. I stedet håper Kaçar at kjemikere vil ta ideer fra den nye studiens liste over oppskrifter og teste dem i «gryter» og «panner» som simulerer utenomjordiske «kjøkken».
«Vi vil aldri vite definitivt hva som skjedde på denne planeten for å generere liv. Vi har ikke en tidsmaskin, sier Kaçar. «Men i et reagensrør kan vi skape flere planetariske forhold for å forstå hvordan dynamikken for å opprettholde liv kan utvikle seg i utgangspunktet.»
Kaçar leder et NASA-støttet konsortium kalt MUSE (Metal Utilization & Selection Across Eons). Laboratoriet hennes vil fokusere på reaksjoner som inkluderer grunnstoffene molybden og jern, og hun er spent på å se hva andre gjør. «matlaging» fra de mest eksotiske delene og uvanlige funksjoner i den nye «kokeboken».
«Carl Sagan sa det hvis vi vil lage en pai fra bunnen av, først må vi skape universet, sier Kaçar. «Jeg tror at hvis vi vil forstå universet, må vi først lage noen paier.»
