Van de uitgestrektheid van de interstellaire ruimte tot het kleine rijk van atomen: onderzoekers hebben geavanceerde microscopen gebruikt om de chemische en moleculaire vingerafdrukken van het vroege zonnestelsel in de onlangs ontdekte Winchcomb-meteoriet te onthullen. Meteorieten zijn de bouwstenen van het zonnestelsel en bieden belangrijke informatie over de ingrediënten waaruit planeten zijn ontstaan, inclusief die van ons. Onderzoek uitgevoerd door partnerinstellingen, waaronder de Universiteit van Leeds, heeft dit bereikt.
Een zeldzame klasse meteorieten, bekend als koolstofhoudende meteorieten, die rijk zijn aan chemicaliën zoals koolstof en stikstof, speelde waarschijnlijk een sleutelrol bij het leveren van water en organische moleculen aan de vroege aarde.
Winchcombe is een koolstofhoudende meteoriet. Er is algemeen waargenomen dat de ramp in februari 2021 in Groot-Brittannië viel en dat de eerste monsters ongeveer twaalf uur na de landing werden verzameld. Als zodanig biedt het wetenschappers de mogelijkheid om de organische samenstelling van het vroege zonnestelsel te bestuderen zonder de ernstige aardse veranderingseffecten die doorgaans van invloed zijn op meteorietstudies.
Analyse en ontdekking op nanoschaal
Een multidisciplinair team van wetenschappers van de universiteiten van Leeds, Manchester en York heeft, in samenwerking met collega's van het Natural History Museum in Londen, de Diamond Light Source, het Max Planck Instituut voor Chemie in Mainz, en geleid door de Universiteit van Münster in Duitsland, de eerste diepgaande analyse van organisch materiaal in de Winchcomb-meteoriet op nanoschaal uitgevoerd.
Ze gebruikten een van 's werelds krachtigste elektronenmicroscopen bij de SuperSTEMFacility in Dallesbury, Cheshire, om synchrotronstralingsgegevens op unieke wijze te correleren met spectroscopische informatie met ultrahoge resolutie over de aard van functionele chemische groepen die aanwezig zijn in organisch materiaal.
Deze afbeelding laat schematisch zien hoe extreem dunne secties van meteorieten met grote precisie kunnen worden geëxtraheerd om verder onderzoek mogelijk te maken van interessante gebieden die rijk zijn aan koolstofchemicaliën onder een röntgenstraal (bij de Diamond Light Source) of onder een elektronenmicroscoop (bij SuperSTEM). Bron: D.M. Kepaptsoglou, SuperSTEM
Dit maakt dwingende in situ detectie mogelijk van stikstofhoudende biologisch relevante moleculen, waaronder aminozuren en nucleobasen, die de fundamentele bouwstenen zijn van grote, complexe eiwitten die in de biologie worden gebruikt.
Uit onderzoek blijkt dat Winchcomb nog steeds primitieve buitenaardse organische moleculen bevat die mogelijk cruciaal zijn geweest voor het ontstaan van leven op de vroege aarde.
De bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications.
Quentin Ramasse, hoogleraar geavanceerde elektronenmicroscopie aan de School of Chemistry and Process Engineering van de Universiteit van Leeds en hoofd van de elektronenmicroscopiegroep van het SuperSTEM Laboratory, zei: "Dit werk toont aan dat recente ontwikkelingen op het gebied van elektronenmicroscopie-instrumentatie, waaronder monochromatische elektronenbronnen met hoge energieresolutie en zeer gevoelige nieuwe detectorontwerpen, ons in staat stellen buitenaardse organische materie te analyseren met een ongekende resolutie en efficiëntie. Dit opent nieuwe wegen voor de toekomstige studie van deze materialen met behulp van compacte, gemakkelijk toegankelijke elektronenmicroscoopontwerpen. microscopie-instrumenten en synchrotronstraling."
Baanbrekende technologie en toekomstige impact
Christian Vollmer, een senior onderzoeker aan de Universiteit van Münster die de studie leidde, zei: "Het is heel opwindend om biologisch relevante moleculen zoals aminozuren en nucleobasen bij Winchcomb te kunnen identificeren zonder gebruik te maken van enige chemische extractiemethoden, vooral omdat we de ruimtelijke variatie van lokale concentraties van deze moleculen op nanoschaal konden benadrukken. Dit toont aan dat onze methode het mogelijk maakt om functionele chemie in meteorieten in kaart te brengen, zelfs als de omvang van de organische domeinen erg klein is en de overvloed aan verbindingen ligt heel laag.”
De onderzoekers maakten gebruik van het SuperSTEM Laboratory, de Britse nationale onderzoeksfaciliteit voor geavanceerde elektronenmicroscopie, ondersteund door de Britse Engineering and Physical Research Council (EPSRC). De faciliteit beschikt over enkele van de meest geavanceerde apparatuur ter wereld voor het bestuderen van de atomaire structuur van materie en wordt gerund met steun van een academisch consortium onder leiding van de Universiteit van Leeds (waartoe ook de universiteiten van Manchester en York behoren, evenals de universiteiten van Oxford, Glasgow en Liverpool, die bij het project betrokken zijn).
Zeer dunne delen van de meteoriet kunnen met grote precisie worden geëxtraheerd onder een röntgenstraal (Diamond Light Source) of onder een elektronenmicroscoop (SuperSTEM), waarbij interessante gebieden die rijk zijn aan koolstofhoudende chemicaliën worden onderzocht voor verder onderzoek.
Dr. Ashley King, een onderzoeker bij het Natural History Museum die de Winchcomb-meteoriet verzamelt, zei: "Onze waarnemingen tonen aan dat Winchcomb een belangrijk lid is van de verzameling koolstofhoudende meteorieten. De oorspronkelijke samenstelling ervan zorgt voor een nieuwe doorbraak in ons begrip van organische moleculen in het vroege zonnestelsel."
Samengesteld uit: ScitechDaily