Onderzoekers van onder andere de Universiteit Leiden hebben ontdekt dat peptiden kunnen ontstaan onder de extreem koude omstandigheden die voorkomen in de ruimte, zonder dat daarvoor UV-straling of kosmische straling nodig is. De resultaten laten zien dat eenvoudige moleculen en atomen zich vanzelf kunnen ontwikkelen tot steeds complexere organische stoffen, nog voordat er planeten zijn gevormd. Het onderzoek is gepubliceerd in het vakblad Communications Chemistry.

De ruimte lijkt op het eerste gezicht geen ideale plek voor ingewikkelde chemie. In donkere gebieden waar nieuwe sterren zullen ontstaan, kunnen temperaturen voorkomen tot slechts tien graden boven het absolute nulpunt. Toch blijken daar chemische reacties mogelijk die uiteindelijk leiden tot relatief complexe moleculen. Astrochemici hebben nu in het laboratorium laten zien dat onder zulke omstandigheden diverse peptiden kunnen ontstaan. Peptiden zijn korte ketens van aminozuren en spelen een belangrijke rol in levende organismen. Aminozuren kun je daarbij zien als de Legoblokjes van het leven: peptiden ontstaan wanneer zulke bouwstenen aan elkaar worden gekoppeld.

Waterstof speelt een sleutelrol
Uit eerder onderzoek was al bekend dat eenvoudige stoffen die veel voorkomen in de ruimte, zoals water, ammoniak en koolmonoxide, met elkaar kunnen reageren wanneer waterstof- of koolstofatomen accreteren op koude oppervlakken. Daarbij kunnen onder meer aminozuren ontstaan. De nieuwe experimenten laten zien dat deze chemie veel verder kan gaan. De onderzoekers vonden aanwijzingen voor peptiden met bouwstenen afkomstig van verschillende aminozuren, waaronder glycine, alanine en serine. Ook ontstonden langere ketens, met uiteindelijk wel vijf bouwstenen. Vooral atomaire waterstof blijkt daarbij belangrijk. Waterstof is het meest voorkomende element in het heelal en zorgt ervoor dat extra chemische reacties mogelijk worden. Daardoor ontstaan niet alleen meer peptiden, maar ook een grotere variatie aan moleculen.

“Onze resultaten suggereren dat de chemie in de ruimte misschien niet eerst elk aminozuur als bouwstenen hoeft te produceren,” zegt coauteur Ko-Ju Chuang van de Sterrewacht Leiden en PRELIFE. “Eenvoudige moleculen kunnen reactieve tussenproducten vormen die zich vervolgens direct tot peptiden polymeriseren. Zo kan moleculaire complexiteit ontstaan voordat planeten worden gevormd.”

Chemie die zichzelf versterkt
De onderzoekers deden nog een opvallende ontdekking. Organisch materiaal dat tijdens een eerste reactie ontstaat, lijkt de vorming van nieuwe peptiden te versnellen. Wanneer nieuwe atomen en moleculen terechtkwamen op een oppervlak waarop al veel peptiden aanwezig waren, nam de productie van langere peptiden sterk toe. De bestaande peptiden werden daarbij niet simpelweg onderdeel van de nieuwe moleculen. Ze lijken de chemische reacties juist op een andere manier te bevorderen.

Dat roept de interessante mogelijkheid op dat chemische processen in de ruimte zichzelf gedeeltelijk kunnen versterken. Moleculen die tijdens een eerdere stap ontstaan, kunnen dan helpen om een volgende generatie, complexere moleculen te vormen. De onderzoekers benadrukken dat dit niet betekent dat er leven is ontstaan. Wel kan zo’n proces een rol hebben gespeeld in de ontwikkeling van steeds complexere moleculen die later, op jonge planeten, belangrijk konden worden voor prebiotische chemie.

Een stukje ruimte in het laboratorium
Voor hun experimenten gebruikten de onderzoekers de SURFRESIDE-installatie van het Laboratorium voor Astrofysica van de Sterrewacht Leiden. Daarmee konden ze omstandigheden nabootsen die voorkomen op koude stofdeeltjes tussen de sterren. Ze brachten onder meer koolstofatomen, waterstofatomen, koolmonoxide en ammoniak samen op een met goud bekleed oppervlak. Dat oppervlak werd afgekoeld tot slechts 10 kelvin, ongeveer −263 °C. Met infraroodspectroscopie volgden de onderzoekers de chemische reacties terwijl ze plaatsvonden. Na afloop onderzochten ze het gevormde organische materiaal met zeer gevoelige analysetechnieken.

“Het is fantastisch dat de experimenten twee onverwachte aspecten van de interstellaire chemie aan het licht brengen,” zegt coauteur Franciele Kruczkiewicz, Marie Curie fellow aan de Sterrewacht Leiden. “Dit onderzoek levert experimentele aanwijzingen voor chemisch gedreven processen en hint op mogelijk autokatalytisch (zichzelf versnellend) gedrag. We gaan meer experimenten doen om dit definitief vast te stellen.”

De resultaten geven daarmee een nieuw beeld van de chemie in de ruimte: zelfs in een omgeving die bijna onvoorstelbaar koud is, kunnen eenvoudige ingrediënten stap voor stap uitgroeien tot complexere moleculen.

Meer informatie

Contact
Ko-Ju Chuang, Sterrewacht Leiden/Universieit Leiden/PRELIFE-consortium
E-mail: chuang@strw.leidenuniv.nl.

Artikel
“Catalytic non-energetic formation of diverse peptides on cosmic dust under extraterrestrial conditions”. Serge A. Krasnokutski, Franciele Kruczkiewicz, Cedrick Bourseau, Quentin Remaury, Claude Geffroy, Nico Ueberschaar, Pauline Poino & Ko-Ju
Chuang. Het artikel is gepubliceerd in Communications Chemistry. https://www.nature.com/articles/s42004-026-02159-4

Beeld

Het ontstaan van oligopeptiden in de koude ruimte. De toevoeging van atomaire waterstof stimuleert de polymerisatie en diversiteit van peptiden in interstellaire omgevingen aanzienlijk.

Over PRELIFE
Het consortium ‘PRELIFE – Pathways, Reactions, and Environments Leading to Life’ doet met een NWA-beurs van NWO onderzoek naar het ontstaan van leven op aarde en in het heelal. Het consortium bestaat uit een groep wetenschappers aan zestien universiteiten en onderzoeksinstituten in Nederland, en experts op het gebied van wetenschapscommunicatie en -educatie.