In de komende vijf jaar kunnen bezoekers van NEMO Science Museum drie experimenten bekijken. Deze simuleren een 'oersoep' van eenvoudige chemicaliën zoals ammoniak, methaan, water en waterstof. De verwachting is dat dit complexere chemicaliën oplevert, zoals aminozuren, die essentieel zijn voor het leven. De experimenten zijn geïnspireerd op eerder onderzoek van wetenschappers Stanley Miller en Harold Urey, dat in de jaren 1950 inderdaad een reeks aminozuren opleverde. Maar die 'originele' experimenten kwamen niet precies overeen met de atmosfeer van de vroege Aarde. En er werd destijds geen rekening gehouden met het feit dat meteorieten complex organisch materiaal vanuit de ruimte naar een planeet kunnen brengen.

Testen van de meteoriethypothese

Petrignani en NEMO hopen nu meer betekenisvolle resultaten te verkrijgen met drie experimenten die zich niet alleen richten op de vroege Aarde, maar ook op andere locaties waar leven zich mogelijk heeft ontwikkeld. Ze is vooral enthousiast over het testen van de 'meteoriethypothese'. De eerste van de experimenten zal daarom aminozuren en RNA-moleculen bevatten die op meteorieten gevonden zijn, en die mogelijk de atmosfeer van de aarde hebben 'verrijkt' zodat leven zich kon ontwikkelen. ‘Of meteorieten een rol bij het ontstaan van leven hebben gespeeld, weten we niet’, legt Petrignani uit in een begeleidend artikel op de NEMO-Kennislink website. ‘Wel is bekend dat er op deze manier tonnen aan materiaal naar de aarde werd gebracht. Het is in die zin een beetje raar om te denken dat het helemaal géén rol heeft gespeeld.’

De chemische rondbodemkolf van 3 liter waarin dit experiment zal worden uitgevoerd bevat ook een stuk van een echte meteoriet uit de NEMO-collectie, maar dat is vooral 'leuk voor de bezoekers'. Relevanter is de toevoeging van een stuk klei, om de hypothese te testen dat dit een chemische micro-omgeving heeft gecreëerd die de chemie van de oersoep heeft gestimuleerd. “Het mooiste zou zijn als we na verloop van tijd clustering of polymerisatie van moleculen kunnen zien,” zegt Petrignani. Tot slot zal, net als in het originele Miller-Urey experiment, bliksem worden gesimuleerd door elektrische vonken van twee elektroden.

Warm en koud

Later dit jaar zal een tweede rondbodemkolf worden geplaatst die een broeikasplaneet simuleert met hoge temperaturen (schommelend tussen 40 en 80 graden Celsius) en een hoge CO₂-concentratie. Je zou denken dat dit vijandige omstandigheden zijn als het om leven gaat, maar de aarde was vroeger ook warmer en met meer CO₂. ‘Het ontstaan van leven vereist waarschijnlijk extremere condities dan het voortbestaan ervan’, zegt Petrignani.

Tot slot zal een derde kolf ijzige omstandigheden simuleren die elders in ons zonnestelsel en daarbuiten kunnen voorkomen. Waar ijs wordt gevonden, kan ook vloeibaar water aanwezig zijn geweest. Petrignani en collega's zullen daarom bestuderen welk effect het bevriezen en smelten van water heeft op de vorming van bouwstenen voor leven.

Op dit moment wordt een dubbelwandige kolf getest in het lab, waarbij de minimale temperatuur wordt gevarieerd tussen -5 tot -40 graden Celsius. Als de kolf in de nabije toekomst bij NEMO wordt gebruikt, hoopt men dat hij kan helpen om de chemie te begrijpen op plaatsen zoals de Saturnusmanen Titan en Enceladus, waar al complexe organische verbindingen zijn gedetecteerd met behulp van ruimtesondes en telescopen.

De langst lopende experimenten

Terwijl ze bezig is met de nieuwe experimenten, zal Petrignani zich ook richten op de analyse van drie andere kolven die van 2017 tot 2024 bij NEMO te zien waren. Deze bevatten ook simulaties van het Miller-Urey type. Ze vormen de langst lopende experimenten naar de chemische oorsprong van leven op de vroege Aarde. Petrignani is erg enthousiast en nieuwsgierig naar de bouwstenen van leven die na al die jaren in de kolven te vinden zijn. De analyse wordt uitgevoerd in haar POOL-lab (Prebiotic Origins Of Life) aan het Van 't Hoff Institute for Molecular Sciences (HIMS) door masterstudenten scheikunde met ondersteuning van dr. Wim Roeterdink. Petrignani zal bij de analyse gebruikmaken van de expertise van HIMS-collega's op het gebied van moleculaire fotonica, analytische chemie, organische chemie en computationele chemie. Ze zal ook samenwerken met Prof. Willem Kegel van de Universiteit Utrecht.

See also

• Petrignani lab: Astro Chemistry
• Leven brouwen in bollen (NEMO Kennislink)
• Oersoep-experiment onverwacht succesvol (NEMO Kennislink)