Verfijnde chemische condities op aarde bepaalden de mogelijkheid voor het ontstaan van leven

Een recent onderzoek van de ETH Zürich heeft de uiterst specifieke chemische parameters in kaart gebracht die abiogenese op aarde mogelijk maakten. De studie, die onlangs in het tijdschrift Nature Astronomy verscheen, suggereert dat de aanwezigheid van vloeibaar water en een gematigde temperatuur op zichzelf niet voldoende waren voor het ontstaan van leven. In plaats daarvan speelde de exacte concentratie zuurstof in de aardmantel tijdens de vroege vormingsfase van de planeet, ongeveer 4,6 miljard jaar geleden, een cruciale en voorheen onderschatte rol.

Wetenschappers, waaronder Craig Walton, een NOMIS–ETH-onderzoeker, en professor Maria Schönbachler van het Instituut voor Geochemie en Petrologie aan de ETH Zürich, hebben via geavanceerde computermodellen aangetoond hoe gevoelig vitale elementen zijn voor omgevingsfactoren. Elementen zoals fosfor, essentieel voor de opbouw van DNA, RNA en celenergie, en stikstof, de basis voor eiwitten, bleven alleen in de mantel behouden onder zeer specifieke omstandigheden. Walton en Schönbachler concluderen dat de aarde zich vormde in een unieke chemische "Goudlokje-zone", waar de balans precies goed was voor het behoud van deze bouwstenen.

Uit de simulaties bleek dat een kleine afwijking in het zuurstofgehalte catastrofale gevolgen zou hebben gehad voor de bewoonbaarheid. Indien het zuurstofniveau iets hoger was geweest, zou stikstof in de ruimte zijn verdwenen; bij een lager niveau zou fosfor in de kern van de planeet zijn opgesloten, waardoor het onbereikbaar zou zijn gebleven voor biologische processen. Professor Schönbachler, die ook monsters van de Hayabusa2- en OSIRIS-Rex-missies analyseert, benadrukt het belang van deze geochemische randvoorwaarden. Deze bevindingen trekken de bewoonbaarheid van andere planeten in twijfel, zoals Mars, waarvan wordt aangenomen dat deze buiten dit nauwe chemische bereik is gevormd.

Dit onderzoek zorgt voor een belangrijke verschuiving binnen de astrobiologie: de focus verplaatst zich van de traditionele zoektocht naar vloeibaar water naar een verfijnder chemisch filter dat gerelateerd is aan vroege planetaire oxygenatie. Waar eerdere theorieën over abiogenese uitgingen van een reducerende atmosfeer met zeer weinig vrije zuurstof, wijst dit nieuwe werk op de noodzaak van een intermediair, nauwkeurig uitgebalanceerd zuurstofniveau op het moment van de kernvorming. Walton onderstreept dat het vermogen van de aarde om leven te ondersteunen het resultaat is van een zeldzame vorm van "chemisch geluk".

De conclusies van het onderzoek hebben verstrekkende gevolgen voor de zoektocht naar buitenaards leven. Wetenschappers moeten niet alleen kijken naar de aanwezigheid van water, maar ook naar de chemische samenstelling van de moedersterren, aangezien deze de chemie van de vormende planeten direct beïnvloeden. Dit opent nieuwe wegen voor projecten zoals het NCCR "Genesis", geleid door de ETH Zürich, dat disciplines zoals aardwetenschappen, chemie en biologie combineert om fundamentele vragen over de oorsprong van het leven te beantwoorden. Uiteindelijk vereist het ontstaan van leven niet alleen de aanwezigheid van bouwstenen, maar ook hun behoud in een toegankelijke vorm in de planetaire mantel, wat een uitzonderlijke geochemische samenloop van omstandigheden blijkt te zijn.