Nya recept på livets ursprung kan visa vägen till avlägsna, bebodda planeter

Livet på en avlägsen planet – om det finns där ute – kanske inte ser ut som livet på jorden. Men det finns bara så många kemiska ingredienser i universums skafferi, och bara så många sätt att blanda dem. Ett team ledd av forskare vid University of Wisconsin–Madison har utnyttjat dessa begränsningar för att skriva en kokbok med hundratals kemiska recept med potential att ge upphov till liv.

Deras ingredienslista skulle kunna fokusera sökandet efter liv någon annanstans i universum genom att peka ut de mest sannolika förhållandena – planetariska versioner av blandningstekniker, ugnstemperaturer och gräddningstider – för att recepten ska mötas.

Processen att gå från grundläggande kemiska ingredienser till de komplexa cyklerna av cellmetabolism och reproduktion som definierar livet, säger forskarna, kräver inte bara en enkel början utan också upprepning.

“Livets ursprung är verkligen en något-från-ingenting-process”, säger Betül Kaçar, en NASA-stödd astrobiolog och professor i bakteriologi från UW–Madison. “Men att något kan inte hända bara en gång. Livet handlar om kemi och förhållanden som kan generera ett självreproducerande reaktionsmönster.”

Kemiska reaktioner som producerar molekyler som uppmuntrar samma reaktion att hända igen och igen kallas autokatalytiska reaktioner. I en ny studie publicerad i Journal of the American Chemical SocietyZhen Peng, en postdoktor vid Kaçar-laboratoriet, och medarbetare sammanställde 270 kombinationer av molekyler – som involverar atomer från alla grupper och serier över det periodiska systemet – med potential för ihållande autokatalys.

“Man trodde att den här typen av reaktioner är mycket sällsynta”, säger Kaçar. “Vi visar att det faktiskt är långt ifrån sällsynt. Du behöver bara leta på rätt ställe.”

Forskarna fokuserade sitt sökande på vad som kallas komproportioneringsreaktioner. I dessa reaktioner kombineras två föreningar som innehåller samma element med olika antal elektroner, eller reaktiva tillstånd, för att skapa en ny förening där elementet är mitt i de reaktiva starttillstånden.

För att vara autokatalytisk måste resultatet av reaktionen också tillhandahålla utgångsmaterial för att reaktionen ska kunna inträffa igen, så resultatet blir en ny ingång, säger Zach Adam, en medförfattare till studien och en geoforskare från UW–Madison som studerar ursprunget till livet på jorden. Fördelningsreaktioner resulterar i flera kopior av några av de inblandade molekylerna, vilket ger material för nästa steg i autokatalys.

“Om dessa förutsättningar är rätt kan du börja med relativt få av dessa utgångar,” säger Adam. “Varje gång du tar ett varv i cykeln spottar du ut minst en extra utgång som påskyndar reaktionen och får den att hända ännu snabbare.”

Autokatalys är som en växande population av kaniner. Kaninpar går ihop, producerar kullar med nya kaniner, och sedan växer de nya kaninerna upp för att para sig själva och göra ännu fler kaniner. Det krävs inte många kaniner för att snart få många fler kaniner.

Att leta efter floppiga öron och luddiga svansar ute i universum är dock förmodligen inte en vinnande strategi. Istället hoppas Kaçar att kemister kommer att hämta idéer från den nya studiens receptlista och testa dem i grytor och stekpannor som simulerar utomjordiska kök.

“Vi kommer aldrig definitivt att veta vad som exakt hände på den här planeten för att skapa liv. Vi har ingen tidsmaskin,” säger Kaçar. “Men i ett provrör kan vi skapa flera planetariska förhållanden för att förstå hur dynamiken för att upprätthålla liv kan utvecklas i första hand.”

Kaçar leder ett NASA-stödt konsortium som heter MUSE, för metallanvändning och urval över eoner. Hennes labb kommer att fokusera på reaktioner inklusive grundämnena molybden och järn, och hon är exalterad över att se vad andra lagar ihop från de mest exotiska och ovanliga delarna av den nya receptboken.

“Carl Sagan sa att om du vill baka en paj från grunden måste du först skapa universum”, säger Kaçar. “Jag tror att om vi vill förstå universum måste vi först baka några pajer.”