Microbliksem in waterdruppels speelde mogelijks een rol in het ontstaan van leven
0
Het ontstaan van het leven blijft in nevelen gehuld, maar plausibele hypotheses geven een steeds helderdere kijk op de manier waarop die cruciale fase zich voltrok. Ladingen in waterdruppels, ‘microbliksem’, droegen misschien bij tot het vormen van organische moleculen.
Simulatie vroege aardatmosfeer
Chemici van de universiteit van Stanford voerden experimenten uit waarbij water als nevel werd geïnjecteerd in een mengsel van gassen, een simulatie van de vroege aardatmosfeer. Ze slaagden erin organische verbindingen van koolstof en stikstof te genereren. Een van de moleculen die zich vormde is uracil, een van de vier nucleobasen waaruit RNA is opgebouwd, en dus een cruciale bouwsteen van leven. Dit experiment met waternevels en gassen doet denken aan het experiment in de jaren vijftig van vorige eeuw van Miller en Urey (1953), maar dan op een totaal andere schaal.
- Weerliefhebber? Volg ons via X en Facebook
- Volg de interessante weerberichten op Youtube
1953: Miller en Urey
Stanley Miller en Harold Urey slaagden erin kort na de Tweede Wereldoorlog voor de eerste keer het ontstaan van het leven te simuleren. Ze stelden een mengsel van water, methaan, ammoniak en waterstof (de hypothetische oer-atmosfeer) in een reactievat bloot aan elektrische ontladingen. Zo creëerden ze een scenario waarin de bliksem werd nagebootst. Er vormden zich aminozuren, de bouwstenen van eiwitten. Dit experiment, nu bekend als het Miller-Urey experiment, bewees dat organische moleculen uit een mengsel van anorganische gassen kon ontstaan in weersomstandigheden (atmosfeer met bliksem) die waarschijnlijk op de vroege aarde aanwezig waren.
- Ontstond leven door bliksem?
- Soorten ontladingen bij onweer.
Het Muller-Urey experiment was absoluut baanbrekend (bedenk dat dogma toen nog sterk heerste – nu ook nog trouwens) en was een van de meest bediscussieerde chemische proeven ooit.
De bouwstenen van leven zijn simpele organische moleculen die ontstaan uit anorganische verbindingen. Uit die organische moleculen, die strikt gesproken nog geen leven zijn (volgens de definitie van leven), kan leven ontstaan. Het proces waarbij leven ontstaat uit niet-leven staat gekend als abiogenese.
Nog een rol van bliksem
Meer recent was bliksem – die vroeger met veel grotere regelmatig insloeg – ook een geschikte kandidaat om leven op een andere manier te ‘helpen’ zich te ontwikkelen en vermeerderen. Dat zou gebeurd zijn via het vormen van fulguriet of bliksembuizen. Dat zijn de gesteenten die ontstaan als de bliksem inslaat en het gesteente of bodem bliksemsnel doet smelten en stollen. Je kan als het ware een fulguriet in je tuin vinden. Bij de vorming ervan komt fosfor vrij in vormen die door leven kan worden opgenomen. Fosfor is namelijk onmisbaar in zowel DNA als ATP (de molecule waar we onze energie uit halen).
- Welke soorten bliksem bestaan er?
Maar nog voor er DNA of RNA al bestonden, was er toch een soort van ‘vonk’ nodig die de niet-levende substanties omzetten in de bouwstenen van leven zoals aminozuren. Deze nieuwe studie toont dat dit niet persé op spectaculaire wijze met blikseminslagen – zoals gehypothiseerd door Miller en Urey – hoefde te gebeuren.
Nieuw mechanisme voor ontstaan van leven
Het waren mogelijks micro-ontladingen, microbliksem dus, die deze reactie mogelijk maakten, zoals de studie van de Universiteit van Stanford aantoont. Een nevel van water is voldoende om kleine ontladingen mogelijk te maken. “Micro-elektrische ontladingen tussen tegengesteld geladen microscopische waterdruppels vormen alle organische moleculen die ook via het Miller-Urey-experiment ontstaan, en wij stellen voor dat dit een nieuw mechanisme is voor de prebiotische synthese van moleculen die de bouwstenen van het leven vormen”, zijn de woorden van Richard Zare, de chemieprofessor en coauteur van het onderzoek.
Hoe ontstaan de microbliksems?
De professor en zijn medewerkers onderzochten hoe tegenovergestelde ladingen zich vormen op waterdeeltjes als die van elkaar gescheiden worden in een spray of nevel. Ze merkten op dat grotere druppels vaak een positieve lading krijgen en kleinere druppels een negatieve lading. Als verschillend geladen druppels elkaar naderen springen vonken over. Dit proces, niet met het blote oog te zien, maar wel met camera’s, lijkt op een miniatuur van de manier waarop bliksem vormt. Daarom spreken de onderzoekers van microbliksem.
- Bliksem in slowmotion.
Sprays zijn van nature aanwezig boven het zeeoppervlak en vooral in de branding. Ook watervallen en rivieren zijn bronnen van fijne nevels. Via dat fenomeen werden aminozuren en andere noodzakelijke bouwstenen mogelijks op ononderbroken wijze gevormd in tegenstelling tot blikseminslag die sporadisch van aard zijn.
Gewone bliksem was dus niet nodig om de eerste bouwstenen van het leven te doen ontstaan, stelden de wetenschappers vast. De sprays en watersluiers die abundant rond waterlichamen hangen creëerden voldoende vonken.
Dit onderzoek licht een tipje van de sluier over de condities waarin leven ontstond. De implicaties lijken bovendien heel plausibel. Het is een klein puzzelstukje binnen een fascinerend conundrum. Maar let wel op: De huidige onderzoeksresultaten sluiten niet uit dat ‘normale’ meteorologische bliksem toch een rol speelde. Tegenstanders van de bliksemhypothese geven als argument dat er niet genoeg bliksem was maar houden er geen rekening mee dat de bliksem op de vroeger aarde veel frequenter insloeg.
Bron: Yifan Meng, Yu Xia, Jinheng Xu, Richard N. Zare. Spraying of water microdroplets forms luminescence and causes chemical reactions in surrounding gas. Science Advances, 2025; 11 (11) DOI: 10.1126/sciadv.adt8979