Water. Het wordt overal op aarde gevonden, van poolijskappen tot stoomgeisers. En waar ze water vinden, vinden ze bijna zonder uitzondering leven. "Als we hier op aarde water vinden - of het nu met ijs bedekte meren, diepzee hydrothermale openingen of dorre woestijnen zijn - als er water is, vinden we microben die erin kunnen leven", zegt Brian Glaser, oceanograaf bij Universiteit van Hawaï in Manoa, studeert astrobiologie.
Daarom was het ongebruikelijke motto van NASA in de jacht op buitenaards leven "volg het water".
Onlangs kondigden NASA-wetenschappers een vondst op Mars aan: de donkere stromen die wetenschappers tijdens de zomermaanden meer dan tien jaar op Mars hebben gezien, bleken het bewijs te zijn van stromend water. Hoewel zoutstromen mogelijk te oververzadigd zijn in chloridezouten om leven te ondersteunen, vergroten ze de kans op leven op Mars op dit moment.
Maar waarom is water precies zo'n belangrijk molecuul voor het leven? Kunnen er andere ingrediënten zijn die het perfecte recept vormen voor leven op andere planeten?
Het blijkt dat verschillende chemische eigenschappen van water het onmisbaar maken voor levende wezens. Water lost niet alleen bijna alles op, het is ook een van de weinige materialen die vast, vloeibaar en gasvormig kan zijn in een relatief smal temperatuurbereik.
Huidig leven
Bijna al het leven op aarde gebruikt een membraan dat het lichaam van de omgeving scheidt. Om in leven te blijven, neemt het lichaam belangrijke materialen op om energie te produceren, waarbij giftige stoffen zoals afval worden gefilterd. In dit opzicht is water nodig omdat het vloeibaar blijft bij aardetemperaturen. Terwijl het stroomt, biedt het een efficiënte manier om stoffen van de cel naar de celomgeving over te brengen. Het vrijmaken van energie uit vaste stoffen is veel moeilijker (hoewel er microben zijn die gesteente eten), zegt Glazer.
Promotie video:
Het andere deel van de vergelijking - naast het feit dat water stoffen in en uit de cel kan vervoeren - houdt verband met een unieke chemische configuratie. Het eenvoudige watermolecuul bestaat uit twee waterstofatomen die zijn gebonden aan een zuurstofatoom.
"Door de manier waarop ze worden gecombineerd, is water een prachtig universeel oplosmiddel", waardoor het vrijwel elke stof kan oplossen, zegt Glaser.
Dit komt voornamelijk door het feit dat het molecuul polariteit heeft, waterstofatomen clusteren aan de ene kant van het molecuul, een positief gebied vormen en zuurstof aan het andere uiteinde een negatieve lading vormt. Het positieve waterstofuiteinde trekt negatieve ionen aan (of atomen met een extra elektron in de buitenste schil), terwijl het negatieve uiteinde positieve ionen aantrekt (die geen van hun elektronen hebben).
De opmerkelijke oplossende eigenschappen van water maken het ideaal voor het overbrengen van stoffen zoals fosfaten of calciumionen in en uit de cel.
Waterfasen
Een ander ongebruikelijk kenmerk van water is dat het vast, vloeibaar en gasvormig kan zijn binnen het temperatuurbereik dat op aarde wordt aangetroffen. Andere moleculen waarvan is vastgesteld dat ze goede kandidaten zijn om in leven te blijven, blijven meestal vloeibaar bij temperaturen of drukken die onherbergzaam zouden zijn voor de meeste bekende levensvormen.
"Water is eigenlijk een sweet spot", zegt Glazer.
Het feit dat water zich in alle drie de fasen in een relatief smal drukbereik kan bevinden, creëert veel kansen om het leven te laten bloeien, voegt hij eraan toe.
"Alle drie de beschikbare wateromstandigheden op onze planeet creëren een aangename verscheidenheid aan habitats en microklimaat", zegt Glazer. Zo is bevroren ijs te vinden in berggletsjers, terwijl waterdamp helpt om de atmosfeer op te warmen.
Waterbak van het leven
Water kan meer zijn dan een vloeistof die het leven gemakkelijker maakt - het kan de beschermende wieg zijn die de bouwstenen van het leven naar de aarde heeft gebracht, zegt Ralph Kaiser, een natuurkundige en scheikundige aan de Universiteit van Hawaï die astrochemie studeert.
Volgens een van de theorieën over de oorsprong van het leven op aarde, de theorie van panspermie, botsten ijskometen op de aarde met kleine organische moleculen die de basis voor het leven werden. Maar reizen door de ruimte is een beproeving, vooral vanwege de krachtige stralingsniveaus die delicate organische moleculen kunnen vernietigen.
Water in zijn vaste vorm kan moleculen echter tegen straling beschermen. "Misschien omdat de bouwstenen bevroren waren in het water, werd het hun beschermende mantel."
Op zoek naar vervangers
Hoewel water essentieel is voor het leven op onze eigen planeet, kunnen er natuurlijk levensvormen zijn die niet volgens de regels van aardbewoners leven.
Wetenschappers zijn ook op zoek naar andere vloeistoffen die een vergelijkbare rol kunnen spelen als universeel oplosmiddel en transportmedium. Topkandidaten zijn onder meer ammoniak en methaan, zegt Chris McKay, een astrobioloog bij NASA's Ames Research Center in Moffett Field, Californië. Ammoniak is, net als water, een polair molecuul dat relatief veel voorkomt in het heelal, maar wetenschappers hebben nog geen grote lichamen met ammoniak gevonden in het zonnestelsel.
Methaan is niet polair, maar kan veel andere stoffen oplossen. In tegenstelling tot water wordt methaan echter pas vloeibaar bij zeer lage temperaturen - bij min 182 graden Celsius.
"We weten dat Titan grote meren met vloeibaar methaan en ethaan heeft", zegt McKay, dit is een van de manen van Saturnus. "De zeer interessante vraag is dus of het leven vloeibaar methaan of ethaan kan gebruiken."
Ilya Khel