Sisa Supernova N 63A. Kredit gambar: Hubble Klik untuk memperbesar
Kehidupan di Bumi dimungkinkan oleh kematian bintang-bintang. Atom-atom seperti karbon dan oksigen dikeluarkan dalam beberapa napas terakhir bintang yang sekarat setelah persediaan terakhir bahan bakar hidrogen habis.
Bagaimana bintang-bintang ini bersatu membentuk kehidupan masih merupakan misteri, tetapi para ilmuwan tahu bahwa kombinasi atom tertentu diperlukan. Air - dua atom hidrogen yang terhubung dengan satu atom oksigen - sangat penting bagi perkembangan kehidupan di Bumi, dan karenanya misi NASA sekarang mencari air di dunia lain dengan harapan menemukan kehidupan di tempat lain. Molekul organik yang dibangun sebagian besar dari atom karbon juga dianggap penting, karena semua kehidupan di Bumi adalah berbasis karbon.
Teori-teori paling populer tentang asal usul kehidupan mengatakan kimia yang diperlukan terjadi pada lubang hidrotermal di dasar samudera atau di kolam dangkal yang diterangi matahari. Namun, penemuan dalam beberapa tahun terakhir telah menunjukkan bahwa banyak bahan dasar untuk kehidupan terbentuk di kedalaman ruang yang dingin, di mana kehidupan seperti yang kita tahu tidak mungkin.
Setelah sekarat bintang-bintang mengeluarkan karbon, beberapa atom karbon bergabung dengan hidrogen untuk membentuk hidrokarbon aromatik polisiklik (PAH). PAH - sejenis jelaga karbon yang mirip dengan bagian hangus dari roti bakar yang dibakar - adalah senyawa organik paling melimpah di ruang angkasa, dan bahan utama meteorit chondrite berkarbon. Meskipun PAH tidak ditemukan dalam sel hidup, mereka dapat dikonversi menjadi kuinon, molekul yang terlibat dalam proses energi seluler. Misalnya, kuinon memainkan peran penting dalam fotosintesis, membantu tanaman mengubah cahaya menjadi energi kimia.
Transformasi PAH terjadi di awan es dan debu antarbintang. Setelah mengambang di luar angkasa, jelaga PAH akhirnya mengembun menjadi "awan molekul padat" ini. Materi di awan-awan ini menghalangi sebagian tapi tidak semua radiasi ruang yang keras. Radiasi yang melakukan filter melalui memodifikasi PAH dan bahan lainnya di awan.
Pengamatan awan dan inframerah dengan teleskop radio telah mendeteksi PAH, serta asam lemak, gula sederhana, jumlah asam amino glisin yang redup, dan lebih dari 100 molekul lainnya, termasuk air, karbon monoksida, amonia, formaldehida, dan hidrogen sianida.
Awan tidak pernah disampel secara langsung - mereka terlalu jauh - sehingga untuk mengkonfirmasi apa yang terjadi secara kimiawi di awan, tim peneliti yang dipimpin oleh Max Bernstein dan Scott Sandford di Laboratorium Astrochemistry di Ames Research Center NASA melakukan percobaan untuk meniru kondisi awan.
Dalam satu percobaan, campuran PAH / air diendapkan uap ke garam dan kemudian dibombardir dengan radiasi ultraviolet (UV). Hal ini memungkinkan para peneliti untuk mengamati bagaimana kerangka PAH dasar berubah menjadi kuinon. Iradiasi campuran beku air, amonia, hidrogen sianida, dan metanol (bahan kimia pendahulu formaldehida) menghasilkan asam amino glisin, alanin, dan serin - tiga asam amino paling melimpah dalam sistem kehidupan.
Para ilmuwan telah menciptakan struktur seperti sel organik primitif, atau vesikel.
Karena UV bukan satu-satunya jenis radiasi di luar angkasa, para peneliti juga telah menggunakan generator Van de Graaff untuk membombardir PAH dengan proton mega-elektron volt (MeV), yang memiliki energi yang mirip dengan sinar kosmik. Hasil MeV untuk PAH serupa meskipun tidak identik dengan pemboman UV. Studi MeV untuk asam amino belum dilakukan.
Eksperimen ini menunjukkan bahwa UV dan bentuk radiasi lainnya menyediakan energi yang diperlukan untuk memecah ikatan kimia dalam suhu rendah dan tekanan awan tebal. Karena atom-atomnya masih terkunci di dalam es, molekul-molekulnya tidak terbang terpisah, tetapi bergabung kembali menjadi struktur yang lebih kompleks.
Dalam percobaan lain yang dipimpin oleh Jason Dworkin, campuran beku air, metanol, amonia dan karbon monoksida menjadi sasaran radiasi UV. Kombinasi ini menghasilkan bahan organik yang membentuk gelembung ketika direndam dalam air. Gelembung-gelembung ini mengingatkan kita pada membran sel yang membungkus dan memusatkan kimia kehidupan, memisahkannya dari dunia luar.
Gelembung yang dihasilkan dalam percobaan ini adalah antara 10 hingga 40 mikrometer, atau sekitar ukuran sel darah merah. Hebatnya, gelembung-gelembung itu berpendar, atau bercahaya, saat terkena sinar UV. Menyerap UV dan mengubahnya menjadi cahaya tampak dengan cara ini bisa memberikan energi ke sel primitif. Jika gelembung-gelembung tersebut memainkan peran dalam asal usul kehidupan, fluoresensi bisa menjadi pendahulu fotosintesis.
Fluoresensi juga dapat bertindak sebagai tabir surya, menyebarkan kerusakan yang jika tidak akan ditimbulkan oleh radiasi UV. Fungsi perlindungan seperti itu akan menjadi vital bagi kehidupan di awal Bumi, karena lapisan ozon, yang menghalangi sinar UV paling merusak matahari, tidak terbentuk sampai setelah kehidupan fotosintesis mulai menghasilkan oksigen.
Dari awan ruang angkasa hingga benih kehidupan
Awan molekul padat di ruang angkasa akhirnya runtuh secara gravitasi untuk membentuk bintang-bintang baru. Beberapa debu sisa kemudian menggumpal bersama untuk membentuk asteroid dan komet, dan beberapa asteroid ini berkumpul bersama untuk membentuk inti planet. Di planet kita, kehidupan kemudian muncul dari apa pun bahan dasar yang ada.
Molekul besar yang diperlukan untuk membangun sel hidup adalah:
* Protein
* Karbohidrat (gula)
* Lipid (lemak)
* Asam nukleat
Meteorit telah ditemukan mengandung asam amino (blok pembangun protein), gula, asam lemak (blok pembangun lipid), dan basa asam nukleat. Meteorit Murchison, misalnya, mengandung rantai asam lemak, berbagai jenis gula, kelima basa asam nukleat, dan lebih dari 70 asam amino yang berbeda (kehidupan menggunakan 20 asam amino, hanya enam di antaranya berada di meteorit Murchison).
Karena meteorit berkarbon seperti itu umumnya seragam dalam komposisi, mereka dianggap mewakili awan debu awal dari mana matahari dan tata surya lahir. Jadi sepertinya hampir semua yang dibutuhkan untuk kehidupan tersedia di awal, dan meteorit dan komet kemudian melakukan pengiriman baru bahan-bahan ini ke planet-planet seiring waktu.
Jika ini benar, dan jika awan debu molekul secara kimiawi serupa di seluruh galaksi, maka ramuan untuk kehidupan harus tersebar luas.
Kelemahan dari produksi abiotik dari bahan-bahan untuk kehidupan adalah bahwa tidak satupun dari mereka dapat digunakan sebagai “biomarker,” indikator bahwa kehidupan ada di lingkungan tertentu.
Max Bernstein menunjuk ke meteorit Alan Hills 84001 sebagai contoh biomarker yang tidak memberikan bukti kehidupan. Pada tahun 1996, Dave McKay dari Johnson Space Center NASA dan rekan-rekannya mengumumkan ada empat kemungkinan biomarker di dalam meteorit Mars ini. ALH84001 memiliki butiran karbon yang mengandung PAH, distribusi mineral yang menunjukkan kimia biologis, kristal magnetit yang menyerupai yang diproduksi oleh bakteri, dan bentuk seperti bakteri. Sementara masing-masing sendiri tidak dianggap sebagai bukti seumur hidup, keempatnya bersama-sama tampak menarik.
Setelah pengumuman McKay, penelitian selanjutnya menemukan bahwa masing-masing yang disebut biomarker ini juga dapat diproduksi dengan cara tidak hidup. Oleh karena itu sebagian besar ilmuwan sekarang cenderung untuk percaya bahwa meteorit tidak mengandung fosil kehidupan alien.
"Segera setelah mereka mendapatkan hasilnya, orang-orang pergi menembaki mereka karena begitulah cara kerjanya," kata Bernstein. "Peluang kita untuk tidak membuat kesalahan ketika kita membuat biomarker di Mars atau di Europa akan jauh lebih baik jika kita sudah melakukan yang setara dengan apa yang dilakukan orang-orang itu setelah McKay, dkk., Menerbitkan artikel mereka."
Bernstein mengatakan bahwa dengan mensimulasikan kondisi di planet lain, para ilmuwan dapat mengetahui apa yang seharusnya terjadi di sana secara kimia dan geologis. Kemudian, ketika kita mengunjungi sebuah planet, kita dapat melihat seberapa dekat realitas sesuai dengan prediksi. Jika ada sesuatu di planet ini yang tidak kami harapkan akan ditemukan, itu bisa menjadi indikasi bahwa proses kehidupan telah mengubah gambar.
"Apa yang Anda miliki di Mars atau di Europa adalah materi yang dikirimkan," kata Bernstein. "Plus, kamu memiliki apa pun yang telah terbentuk selanjutnya dari kondisi apa pun yang ada. Jadi (untuk mencari kehidupan), Anda perlu melihat molekul-molekul yang ada di sana, dan perlu diingat kimia yang mungkin terjadi dari waktu ke waktu. ”
Bernstein berpikir kiralitas, atau "kidal" molekul, bisa menjadi biomarker di dunia lain. Molekul biologis sering datang dalam dua bentuk yang, meskipun identik secara kimiawi, memiliki bentuk yang berlawanan: yang "kidal", dan gambar cerminnya, yang "kidal". Kekuasaan molekul disebabkan oleh bagaimana atom-atom berikatan. Sementara kidal tersebar merata di seluruh alam, dalam banyak kasus sistem kehidupan di Bumi memiliki asam amino kidal dan gula tangan kanan. Jika molekul di planet lain menunjukkan preferensi berbeda dalam hal kidal, kata Bernstein, itu bisa menjadi indikasi kehidupan alien.
"Jika Anda pergi ke Mars atau Europa dan Anda melihat bias yang sama dengan kita, dengan gula atau asam amino memiliki chirality kami, maka orang hanya akan curiga itu adalah kontaminasi," kata Bernstein. "Tetapi jika Anda melihat asam amino dengan bias ke kanan, atau jika Anda melihat gula yang memiliki bias ke kiri - dengan kata lain, bukan bentuk kita - itu akan sangat menarik."
Namun, Bernstein mencatat bahwa bentuk kiral yang ditemukan dalam meteorit mencerminkan apa yang terlihat di Bumi: meteorit mengandung asam amino kidal dan gula tangan kanan. Jika meteorit mewakili templat kehidupan di Bumi, maka kehidupan di tempat lain di tata surya juga dapat mencerminkan bias yang sama dalam wenangan. Dengan demikian, sesuatu yang lebih dari sifat feminin mungkin diperlukan untuk bukti kehidupan. Bernstein mengatakan bahwa menemukan rantai molekul, "seperti beberapa asam amino yang saling terkait," juga bisa menjadi bukti seumur hidup, "karena dalam meteorit kita cenderung hanya melihat molekul tunggal."
Sumber Asli: NASA Astrobiology
