Nieuwsbrief

Blijf wekelijks op de hoogte van het beste uit De Kennis van Nu en het laatste nieuws!

Melkweg voor het Waiau-meer

De moleculen van het leven zijn links- of rechtshandig, maar het is een raadsel waarom de natuur deze keuze heeft gemaakt. Lag de kiem voor deze tweedeling misschien al in de ruimte?

Veel biologische moleculen zijn links- of rechtshandig: de vorm van het molecuul is niet gelijk aan zijn eigen spiegelbeeld. Zulke chirale moleculen zijn als een handschoen: als je de linker handschoen voor de spiegel houdt, zie je een rechter handschoen. In levende wezens kunnen zulke varianten een totaal verschillende chemische werking hebben. Berucht is het middel thalidomide (softenon) dat in de ene 'handigheid' een medicijn is, maar in spiegelbeeld een vergif dat misvormingen bij baby's veroorzaakt.

In de niet-biologische natuur, daarentegen, maken chemische processen geen onderscheid tussen de de chiraliteit van stoffen.   

Chiral molecules from outer space

Koude gaswolk

Voor het eerst is nu door Amerikaanse astronomen in de ruimte een chiraal molecuul gedetecteerd, propyleenoxide (CH3CHCH2O). De stof komt voor in Sagittarius B2, een koude gaswolk in de buurt van het centrum van onze Melkweg. Xander Tielens, astronoom aan de Leidse sterrewacht en gespecialiseerd in moleculen in de ruimte: 'Dit is fascinerend onderzoek. Maar chiraliteit is ook een wat moeizaam onderwerp, omdat er nog zoveel onbekend is.'

De waarnemingen zijn gedaan met de grootste schoteltelescoop ter wereld, de Green Bank Telescope in West-Virginia. Daaruit blijkt dat de gaswolk radiostraling uitzendt op precies de golflengtes die in aardse laboratoria bekend zijn van propyleenoxide. De wolk zendt als het ware de vingerafdruk van deze stof uit. Uit aardse experimenten weten we, dat de driedimensionale manier waarop de atomen in het molecuul onderling chemisch gebonden zijn, afdwingt dat het chiraal is. 

De moleculen zweven los door de ijle gaswolk. De radiostraling ontstaat doordat de atomen in zo'n molecuul op allerlei manieren ten opzichte van elkaar kunnen trillen of roteren. Daardoor werken atomen of delen van moleculen als minuscule zendantennes, ieder met hun eigen frequentie. 

Dankzij hun 'vingerafdruk' in radiostraling zijn de afgelopen decennia tientallen moleculen gedetecteerd in zulke koude gaswolken, zoals methaan (CH4), alcohol (CH3CH2OH) en ook exotische stoffen die niet op aarde voorkomen. Vanwege de extreme koude (een paar graden boven het absolute nulpunt, -270 graden Celsius) en de extreme ijlheid van kosmische gaswolken (zodat gasmoleculen niet vaak onderling botsen) zijn in de ruimte andere chemische processen mogelijk dan op aarde.

GreenBankTelescope

De Green Bank Telescope in West-Virginia, waarmee de ontdekking is gedaan.

Ontstaan van het leven

De chemie waarop het leven gebaseerd is, is voor een groot deel chiraal: bij de synthese van DNA en eiwitten moeten moleculen telkens als een hand en handschoen in elkaar passen. Maar voor zulke biologisch processen geldt, dat al het leven alleen óf de linker of de rechter handschoen gebruikt. Het lijkt alsof bij het ontstaan van het leven voor eens en voor altijd tussen beide gekozen is, terwijl we niet begrijpen waarom dat nodig was.

De verklaring zou kunnen zijn, dat de moleculen waaruit het eerste leven ontstond, van het begin af aan in maar één 'handigheid' op aarde aanwezig waren. Xander Tielens: 'In meteorieten zijn chirale stoffen gevonden, die een klein overschot hadden van de ene of de andere variant.' 

Dat suggereert, dat de 'eenhandigheid' al in de ruimte kan ontstaan. Het nu gevonden propyleenoxide zit wat dat betreft op de juiste plek: Sagittarius B2 is een gaswolk waarin zich sterren aan het vormen zijn, en  die waarschijnlijk lijkt op de gaswolk waaruit zich 4,5 miljard jaar geleden onze zon en de planeten gevormd hebben. 

Als daarin al chirale moleculen voorkomen, steunt dat de theorie dat de chirale eenhandigheid van het leven van kosmische oorsprong is.

Sagittarius B2

Sagittarius B2 is een enorme gaswolk (circa drie miljoen zonsmassa's) in de buurt van het centrum van onze Melkweg.

Oude, verdwaalde ster

Dit is echter pas de eerste stap. De links- en de rechtshandige variant van propyleenoxide zenden namelijk radiostraling op precies dezelfde golflengtes uit. Daarom is niet bekend in welke verhouding de linkse en de rechtse variant in de gaswolk voorkomen. 

Tielens: 'Om dat verschil te zien, zou er toevallig een bron van circulair gepolariseerde straling in die gaswolk moeten zitten.' De ene variant van propyleenoxide zou deze polarisatie (de trillingsrichting van de straling) een slag linksom geven als de straling door de wolk heen naar buiten komt, de andere juist een slag rechtsom, wat in onze telescopen een meetbaar verschil oplevert. 

Een verdwaalde, oude ster met een zeer sterk magnetisch veld zou zo'n bron van circulair gepolariseerde infrarood- of submillimeter-straling kunnen zijn. 'Daar is nog geen voorbeeld van bekend, maar er is ook nog niet gericht naar gezocht,' aldus Tielens. 

Diezelfde ster zou ook de circulair gepolariseerde UV-straling uit kunnen zenden, die er voor zorgt dat alleen de linkshandige of alleen de rechtshandige variant van een chirale stof uit simpeler bouwsten wordt gevormd in de gaswolk.  

Als deze theorie klopt, en er gaswolken in het heelal worden gevonden die chiraal sterk eenhandig zijn, zou dat het raadsel van de eenhandigheid van het aardse leven oplossen. Het feit dat alle DNA rechtshandige suikergroepen bevat, terwijl alle druiven linkshandig wijnsteenzuur maken, is dan nog steeds toeval. Maar dan weten we dat bij het ontstaan van ons zonnestelsel voor eens en voor altijd is bepaald hoe het dubbeltje op zijn kant omviel.     

Bert McGuire et al, Discovery of the interstellar chiral molecule propyleneoxide (CH3CHCH2O), Science, 14 juni 2016.