UvA-scheikundige start experiment in Nemo over ontstaan van leven
Hoe ontstond leven op aarde? UvA-scheikundige Annemieke Petrignani begint tijdens het Weekend van de Wetenschap een nieuw experiment in Nemo om dichter bij het antwoord te komen. ‘We willen “buitenaardse scenario’s” simuleren om meer te leren over het ontstaan van leven.’
Op maandag legt universitair docent Annemieke Petrignani de laatste hand aan de scheikundige opstelling op de tweede etage van het wetenschapsmuseum Nemo. Op 5 en 6 oktober, tijdens het Weekend van de Wetenschap, gaat hier een experiment van start dat meer inzicht moet geven in het ontstaan van leven op andere planeten. Petrignani houdt een bolvormig stuk glas vast, een kolf in de scheikunde, gevuld met een mengsel dat ze ‘oersoep’ noemt. Zodra de opstelling gereed is, wordt op haar teken een knop omgezet. Bliksemflitsen verlichten de kolf en de inhoud begint te borrelen.
‘We weten nog maar heel weinig over hoe leven op aarde is ontstaan, vier miljard jaar geleden,’ vertelt Petrignani. ‘Welke chemische stoffen waren daarbij betrokken? Is er een bepaalde temperatuur of straling nodig? Waren die stoffen überhaupt aanwezig op aarde? Of is er een meteoriet aan te pas gekomen? En bovenal, kan leven ook elders in het universum zijn ontstaan?’
Oersoep
Om deze vragen te beantwoorden simuleert de scheikundige drie zogeheten ‘oersoepen’. Deze zijn gebaseerd op een van de klassiekste experimenten uit de biochemie: de Miller-Urey experimenten, vernoemd naar de Amerikaanse wetenschappers Stanley Miller en Harold Urey. In de jaren vijftig lieten deze wetenschappers zien dat uit simpele chemische stoffen zoals ammoniak, methaan, water en waterstof complexe stoffen zoals aminozuren kunnen ontstaan.
Miller en Urey waren ervan overtuigd dat alle ingrediënten hier op aarde aanwezig waren. Toch zijn er steeds meer wetenschappelijke theorieën die suggereren dat het leven met behulp van buitenaards materiaal is ontstaan. ‘Tijdens ruimtemissies en met telescopen is bijvoorbeeld regelmatig onbekend organisch materiaal gevonden,’ legt Petrignani uit. ‘Op meteorieten zijn zelfs aminozuren ontdekt die niet op aarde voorkomen. Het zou goed kunnen dat die een belangrijke rol hebben gespeeld bij het ontstaan van leven.’ Om dit te onderzoeken, gaat de scheikundige drie “buitenaardse scenario’s” simuleren.
Het is niet de eerste keer dat er een Miller-Urey experiment plaats vindt in Nemo. In 2012 vulde hoogleraar Bert Meijer van de TU Eindhoven een kolf met een mengsel van eenvoudige gassen, water en energie van elektrische ontlading (bliksem).
Tussen 2017 en 2024 volgden drie vervolgexperimenten. Een kolf herhaalde het eerdere experiment van Meijer, terwijl de tweede kolf klei toevoegde en de derde kolf gebruik maakte van UV-straling in plaats van elektrische ontlading. Van klei, bliksem en UV-straling wordt gedacht dat deze een belangrijke rol hebben gespeeld bij het ontstaan van leven op aarde.
Zeven jaar lang stonden de kolven afgesloten in het museum en is daarmee de langst lopende simulatie van de chemische oorsprong van leven op de vroege aarde. Onlangs zijn deze kolven naar het laboratorium van Petrignani overgebracht. Dit najaar gaat ze samen met UvA-studenten de kolven voor het eerst openen om te onderzoeken of er nieuwe stoffen zijn ontstaan die ons meer kunnen vertellen over de oorsprong van leven op aarde.
Buitenaards
Op dit moment is slechts een van die drie scenario’s gereed. In de ‘oersoep’ die net is klaargezet in Nemo gaat Petrignani de meteorietenhypothese testen. Daarvoor vulde ze een kolf met water, klei en gassen, maar voegde daar een aminozuur en twee nucleobasen afkomstig van een meteoriet aan toe. Vonken van twee elektrodes moeten er vervolgens voor zorgen dat het mengsel als het ware geactiveerd wordt, en de energie krijgt voor het ontstaan van chemische reacties. ‘Je moet de kolf eigenlijk zien als een soort reactorvat waarbij we een set aan chemische stoffen bij elkaar stoppen en wachten wat er gebeurt. Vinden we nieuwe moleculen? Ontstaan er nieuwe gassen? En bovenal wat voor andere bouwstenen vinden we die essentieel zijn voor leven?’
Naast deze kolf met het buitenaardse materiaal komen later dit jaar nog twee kolven in de vitrine te staan. Zo is Petrignani ook benieuwd naar de rol van hele hoge temperaturen en hoge concentraties koolstofdioxide, zoals op de broeikasplaneet Venus. Of dat misschien ijs en watervorming een rol spelen, zoals op de ijsmanen van Saturnus en Jupiter – ijsplaneten. ‘Met telescopen en ruimtesondes zijn er aanwijzingen gevonden dat op deze planeten condities zijn die geschikt zijn voor chemische reacties met koolstof en water, wederom belangrijk voor het ontstaan van leven,’ aldus Petrignani.
De buitenaardse scenario’s zullen zo’n vijf jaar draaien en elk jaar zal er een monster genomen worden. Petrignani’s team gaat de resultaten van de experimenten dan analyseren waarbij ze nieuwe stoffen hopen aan te treffen. Petrignani: ‘Het zou fantastisch zijn als er plotseling een onverwacht molecuul aanwezig is in de brouwsels. Maar het zou vooral geweldig zijn als we belangrijke verschillen zien tussen de kolven. Moeten we kijken naar buitenaards materiaal, of moeten we ons meer richten op bepaalde condities voor koolstofchemie? Dat zou de biochemie een kleine beetje meer richting geven om dichter bij het ontrafelen van het ontstaan van leven te komen.’
Op zaterdag 5 oktober, tijdens het Weekend van de Wetenschap, start in Nemo in de nieuwe tentoonstelling ‘Leven maken' waar het experiment van Petrignani te zien is.
