Leverde bliksem fosfor aan oeroud leven?

16-04-2021

Bij het ontstaan van het leven werd fosfor, een onontbeerlijk element, door meteorieten aangevoerd, dacht men.  Maar misschien speelden bliksemschichten wel een belangrijkere rol, toont nieuw onderzoek aan. Dit zou de kansen dat er op andere planeten ook leven kon ontstaan danig vergroten. 

Auteur: Kathelijne Bonne  

Fosfor is onmisbaar voor het leven: het is een essentieel onderdeel van DNA en RNA-strengen, en het komt voor in ATP, de molecule die ons van energie voorziet. Fosfor moest dus zo'n 3,5 tot 4,1 miljard jaar geleden op de jonge aarde aanwezig zijn geweest om het leven, letterlijk, leven in te blazen. Een nieuwe studie in het vakblad Nature (maart, 2021) toont aan dat de specifieke vorm van fosfor die het leven nodig heeft, vooral door bliksemschichten werd geleverd. Tot dan toe dacht men dat meteorieten de meest voorname bronnen van fosfor waren, maar de vraag is of die wel voor een betrouwbare toevoer van dit element konden zorgen. 

Zowel meteorieten als bliksembuizen, dit zijn de gesteenten die ontstaan bij een blikseminslag, bevatten het mineraal schreibersiet, een ijzer-nikkel-fosfide. Wetenschappers denken dat dit fosforhoudende mineraal een belangrijke rol speelde bij het ontstaan van het leven. Zowel meteorieten als bliksems slaan ook in op andere planeten, daarom bestaat schreibersiet daar hoogstwaarschijnlijk ook, wat de hypotheses omtrent buitenaards leven danig beïnvloedt.

Niet om het even welke fosfor

Maar waarom hebben we zulke buitenissige bronnen nodig als fosfor wijdverspreid voorkomt in de aardkorst van onze eigen planeet? Fosfor zit voornamelijk opgesloten in veelvoorkomende mineralen zoals apatiet. Het probleem is dat levende organismen niets met zulk onoplosbaar stuk steen kunnen doen. Het leven heeft fosfor in gereduceerde, reactieve toestand nodig. Gelukkig is er schreibersiet als reddende engel, het bevat fosfor als P3− atoom. Bij contact met water gaat het allerlei reacties aan waarbij de fosfor beschikbaar wordt en door de biomoleculen kan worden opgenomen en uitgewisseld.

Bliksembuizen. (picture: John Alan Elson / GFDL license on Wikimedia Commons)
Bliksembuizen. (picture: John Alan Elson / GFDL license on Wikimedia Commons)

Wat bedoelen we met gereduceerd fosfor?

Reductie en oxidatie zijn chemische reacties tussen atomen of moleculen die altijd hand in hand verlopen. Bij een "redoxreactie" vindt er een uitwisseling van elektronen plaats, dat levert stabielere eindproducten op. De elektrondonor geeft een elektron af, dat wordt opgenomen door een elektronacceptor. Het bekendste voorbeeld is oxidatie van ijzer in aanwezigheid van zuurstof. IJzer geeft een elektron af aan zuurstof, die het elektron opneemt. In deze reactie wordt het ijzer dus geoxideerd, en de zuurstof gereduceerd. Het eindproduct is hematiet, beter gekend als roest, of ijzeroxide, dat stabieler is dan metallisch ijzer. 

Schering en inslag

Op de jonge aarde waren meteorietinslagen schering en inslag, vooral nadat de maan door een grote impactor werd gevormd, een slordige 4,5 miljard jaar geleden. Toen de boel rustiger werd, minstens 400 miljoen jaar later, ontstond ergens in een uithoekje op de planeet, het leven. Dat gedijde onder een delicaat chemisch evenwicht in vulkanische meren, bronnen, getijdepoelen en in zee, de plaatsen bij uitstek voor het geconcentreerd voorkomen van prebiotische moleculen. Aanvankelijk bestrooiden meteorieten de aarde rijkelijk met schreibersiet, dacht men. Maar wetenschappers twijfelen nu aan deze hoeveelheid. Ten eerste konden inslagen zodanig vernietigend zijn dat het leven, plaatselijk, verloren ging. Ten tweede werd in de grote stof- en aswolken die zich bij de inslagen vormden, een groot deel van de fosfor omgezet tot onbruikbare vormen. In elk geval werd er vanaf 3,5 miljard jaar geleden, toen het leven nog in een pril beginstadium was, meer gereduceerde fosfor door bliksem dan uit de ruimte aangevoerd, omdat meteorietenregens hoe dan ook steeds zeldzamer werden.

Als de bliksem

De bliksem daarentegen slaat duizenden keren per dag in, continu sinds miljarden jaren, en ze zijn niet erg vernietigend. Als de bliksem de grond raakt smelt het gesteente bliksemsnel om daarna weer te stollen, zo ontstaan de bliksembuizen of fulgurieten. Je kan ze als het ware in je tuin vinden. Het hoeft geen betoog dat daar heel wat chemische reacties in plaatsvinden. Fosfor, van nature aanwezig in de ondergrond, wordt door de inslag chemisch gereduceerd. Als de bliksembuis daarna door weer en wind verweert, komt deze fosfor vrij en wordt door het leven opgepikt. Toch is zo de kous nog niet af. Je hebt de juiste soort ondergrond en atmosfeer nodig en het land moet boven de zee uitsteken, wil je vormen van gereduceerd fosfor krijgen.

De nodige ingrediënten

Daarvoor deden geologen van de universiteiten van Leeds en Yale een chemische analyse van een bliksembuis uit Illinois. Ze bemerkten dat schreibersiet zich het gemakkelijkste vormt in de aanwezigheid van ijzer en koolstof, met name grafiet, terug te vinden in verweerde kleibodems. Onderzoek naar hoe de aarde eruitzag in de ontstaansperiode van het leven (4,1 tot 3,5 miljard jaar geleden), toont aan dat er wel degelijk landmassa's waren, omgeven door een wereldzee. Het land bulkte van de vulkanen, waaruit basaltlava, rijk aan mineralen, stroomde. Het basalt verweerde onder de reactieve atmosfeer, waardoor er kleimineralen ontstonden. De atmosfeer zelf was rijk aan koolstofdioxide, wat enerzijds de vorming van bliksemschichten bevorderde, en anderzijds reageerde de koolstof met het gesteente en zo kreeg je onder andere grafiet.

Alle nodige ingrediënten waren dus van in den beginne aanwezig om via bliksem fosfor beschikbaar voor prebiotische moleculen te maken. Dat maakt het des te waarschijnlijker dat bliksem een minstens even belangrijke rol speelde bij de vorming van de juiste fosforsoorten op het moment dat het leven ontstond. En hoewel we de meteorieten zeker niet moeten wegwuiven, blijken ze niet levensnoodzakelijk. Het leven kan zonder al dit geweld ook ontstaan, wie weet ook op andere planeten.

----------

Artikel geschreven door Kathelijne Bonne, geoloog en bodemkundige. Ik schrijf ook op de Planeetzusjes en Good Climate News.

Laatste artikels: 

Vind je dit artikel interessant? Schrijf je in om af en toe een nieuwsbrief te krijgen als we een nieuw artikel hebben: