Ruikt buitenaards leven naar de zee?

Dimethylsulfide, ook bekend als DMS, klinkt als een chemische verbinding die je liever vermijdt op een ingrediëntenlijst, of als het giftige ingrediënt in een moordmysterie. Maar sommige wetenschappers beschouwen deze eenvoudige verbinding als een biosignatuur – een belangrijke indicator van leven. Er was dan ook grote opwinding toen DMS werd ontdekt op een "sub-Neptunus planeet" ver van ons zonnestelsel – 124 lichtjaar verwijderd, oftewel zo'n 27 biljoen kilometer, in het sterrenbeeld Leeuw.

"We moeten voorzichtig zijn met het claimen van enig bewijs voor leven in dit stadium", waarschuwde hoofdauteur Nikku Madhusudhan van de Universiteit van Cambridge over de bevindingen die hij vorige maand publiceerde in The Astrophysical Journal Letters, een uitgave van de American Astronomical Society, samen met andere onderzoekers van twee Amerikaanse ruimtevaartinstituten en twee Britse natuurkunde- en astronomieafdelingen.

"We moeten naar veel meer moleculen kijken, en dat hebben we gedaan, en we konden geen betere verklaring bedenken", vertelde Madhusudhan aan Salon in een video-interview. Hij geeft toe dat hij niet 100% zeker kan zijn dat dimethylsulfide, of (CH ₃ ) ₂ S, voorkomt op de planeet K2-18 b. Maar het lijkt zeer waarschijnlijk, aangezien het onderzoek van vorige maand voortbouwde op een artikel dat in 2023 werd gepubliceerd en dat ook suggesties deed voor DMS op dezelfde planeet, maar gebaseerd was op ander bewijs.

Maar waarom zou een willekeurige verbinding die op een planeet zo ver buiten ons bereik wordt aangetroffen een sterke aanwijzing voor leven zijn? Laten we eens kijken naar het verhaal van DMS op aarde, een verhaal over de vreemde en poëtische manieren waarop leven steeds weer opduikt in verschillende gedaanten – en met verschillende geuren.

Dimethylsulfide is de grootste natuurlijke bron van atmosferische zwavel op aarde. Het komt in de atmosfeer terecht en circuleert er. Maar het begint zijn reis in de oceaan. Je bent absoluut bekend met DMS, zelfs als je er nog nooit van hebt gehoord. Het is de bron van de geur van de zee, die visachtige, eierachtige geur die bij, nou ja, bijna iedereen, diepe nostalgische reacties oproept.

Interessante kritiek kwam van Christophe Laudamiel, een meesterparfumeur bij Generation by Osmo. "Persoonlijk heb ik dat ingrediënt nooit gebruikt voor de geur van de zee", vertelde hij Salon per e-mail. "Het zou eerder gebruikt worden voor 'hete' geuren en voor rijpe tot overrijpe geuren." Hij vergeleek de geur van DMS met "vis die te lang in de zon heeft gelegen" en voegde er, heel begrijpelijk, aan toe dat "we dergelijke associaties meestal vermijden" "wanneer we de geur van de zee in de parfumerie nabootsen."

In plaats van te vertrouwen op de geur van in de zon rottende vis om een ​​parfum te creëren dat naar de oceaan ruikt, stelde Alex Wiltschow, oprichter en CEO van Generation by Osmo (ook per e-mail), voor: "We combineren waternoten met minerale tonen van natte stenen, zoute tonen en tonen van schone lucht", eventueel aangevuld met "een vleugje absolute van zeewier of mosachtige topnoten."

De stoffen geosmine en petrichor roepen eveneens een bepaalde omgeving op. Petrichor is de aangename, aardse geur van regen die op droge grond valt, soms eenvoudiger omschreven als de geur van regen. Dat woord is bijna trendy geworden. Sterker nog, het gebruik ervan lijkt de afgelopen kwart eeuw enorm te zijn toegenomen , hoewel het in 1964 in het tijdschrift Nature werd bedacht. Net als geosmine , de stof die de aarde zijn karakteristieke "aardse" geur geeft, blijft petrichor dicht bij de grond. Dimethylsulfide komt echter wel voor.

Het DMS dat rond onze wereld circuleert, wordt grotendeels geproduceerd door mariene organismen, met name de microscopisch kleine plantjes die bekend staan ​​als fytoplankton en die in de voedingsrijke bovenste laag van de oceaan leven. Deze kleine organismen komen in overvloed voor, en daarom is DMS verantwoordelijk voor het grootste deel van die geur die we associëren met de kust.

Vanuit de oppervlaktelaag van de oceanen van de aarde ontsnapt DMS, een vluchtige chemische stof, naar de lucht en neemt deel aan de atmosferische cyclus van zwavel. Zoals een onderzoeker dit proces beschrijft , heeft DMS, eenmaal in de atmosfeer, "andere belangrijke effecten: het is de 'kiem' die wolkenvorming boven de oceanen in gang zet. De productie van dit molecuul is inderdaad zo grootschalig dat het grote gevolgen heeft voor het klimaat van de wereld, dankzij het effect ervan op de wolkenbedekking boven de oceanen."

Dat citaat is bijna 20 jaar oud, maar wetenschappers weten nog steeds niet precies in hoeverre DMS verantwoordelijk is voor het ontstaan ​​van wolken , alleen dat het een significante factor is. De minuscule aerosoldeeltjes die ontstaan ​​wanneer DMS-moleculen worden geraakt door zonlicht en andere moleculen in de atmosfeer, die de "zaden" van wolken vormen, hebben ook een betekenisvol effect op ons klimaat door zonlicht terug de ruimte in te reflecteren.

In 2007 ontdekten wetenschappers van de Universiteit van East Anglia dat één enkel gen dimethylsulfide kon produceren uit dimethylsulfoniopropionaat, of DMSP, het voedsel dat fytoplankton eet. Zoals beschreven in een artikel in Science , kun je dat gen, met de pakkende naam dddD, halen uit bacteriën die in de zee leven, of het vinden in andere bacteriesoorten die zich in planten ophouden maar ook DMS produceren. Zodra je een bacterie met het dddD-gen hebt gevonden, kun je het klonen en in een E. coli-bacterie stoppen, die vervolgens met plezier dimethylsulfide produceert. De eerder genoemde voorloper van de chemische stof DMSP wordt, in miljarden tonnen, overal ter wereld aangetroffen in oceanen, zeeën en kustgebieden. Zeeplanten en fytoplankton gebruiken het om zichzelf te beschermen tegen het zoute zeewater, letterlijk als buffer tegen stress. Wanneer deze kleine plantjes afsterven, komt een deel van hun DMSP beschikbaar als voedsel voor andere bacteriën. Ook bij landplanten kunnen er symbiotische bacteriën in hun wortelstelsel leven. Deze bacteriën produceren dimethylsulfide uit de DMSP die vrijkomt wanneer hun gastheer sterft.

Dit proces – één soort organisme sterft en biedt voedsel aan andere – is hoe deze cyclus begint, tenminste op aarde. (Als je überhaupt kunt zeggen dat een cyclus een begin en een einde heeft.) Zoals Andrew Johnston, een van de wetenschappers uit East Anglia, schreef in een projectfinancieringsvoorstel uit 2007, waarin hij de rol van DMS bij het vormen van wolken beschreef, is het belang ervan al sinds 1971 bekend, "waarvan er wereldwijd jaarlijks zo'n 30 miljoen ton in de lucht wordt uitgestoten."

Watervogels zoals zeestormvogels en pijlstormvogels voelen zich aangetrokken tot de geur van rijpe vis. Johnston ontdekte later dat de Atlantische haring bacteriestammen in zijn darmmicrobioom heeft, genaamd Pseudomonas en Psychrobacter, die DMSP verteren en afbreken tot, jawel, dimethylsulfide. Hoe zijn die bacteriën in een vis terechtgekomen? Haringen eten kleine plantjes, mesozooplankton genaamd, die zelf het veel kleinere fytoplankton eten. Dit bekende ecologische patroon – grotere dieren die kleinere dieren eten – heeft de productie van dit suggestieve en vluchtige gas geïnternaliseerd.

Wilt u meer gezondheids- en wetenschapsverhalen in uw inbox? Abonneer u op Salon's wekelijkse nieuwsbrief Lab Notes .

Dankzij de voedselketen lijkt de vorming van dimethylsulfide niet alleen in de oppervlaktelaag van de oceaan plaats te kunnen vinden, maar ook in de ingewanden van haring. Haringen zijn gewervelde dieren, die in het grotere evolutionaire schema niet zo heel veel van ons verschillen. Betekent dit dat mensen ook de potentie hebben om zwavelhoudende stank uit hun eigen ingewanden te produceren? Nou, er is op dit moment geen bewijs dat ons microbioom DMS-producerende bacteriën bevat. Maar dat is oké. Zoals u wellicht weet, kan onze soort onze eigen glorieuze vormen van stank produceren.

Dimethylsulfide is een essentieel element in de karakteristieke geuren van bloed, serum, weefsel, urine en adem bij mensen (en ratten). Om nog maar te zwijgen van de kenmerkende geur van ontlasting en winderigheid, oftewel scheten .

Laten we hier vermelden dat dimethylsulfide vrijkomt bij bosbranden en zo bijdraagt ​​aan een geur die de afgelopen jaren in veel delen van Noord-Amerika huiveringwekkend bekend is geworden. Het is ook grotendeels verantwoordelijk voor de geur van de subtiel genaamde dode paardenaronskelk, een verwant van de zogenaamde lijkenbloem , of reuzenaronskelk.

Andere bloemen met onaangename geuren gebruiken andere chemicaliën als topnoten, allemaal met als doel bestuivers aan te trekken die aangetrokken worden door de geur van hun favoriete rottend vlees. Hier is bijvoorbeeld Wikipedia's bijna lyrische overzicht van de verschillende bronnen van de geur van de lijkenbloem: "Analyses van chemicaliën die door de kolf vrijkomen, tonen aan dat de stank bestaat uit dimethyltrisulfide (zoals limburgerkaas), dimethyldisulfide (knoflook), trimethylamine (rottende vis), isovaleriaanzuur (zwetersokken), benzylalcohol (zoete bloemengeur), fenol (zoals Chloraseptic) en indool (zoals uitwerpselen)." Wetenschappers die de moleculen die betrokken zijn bij de stank van dode paardenaronskelk vergeleken met die van een rottend lijk, ontdekten dat dimethylsulfide geassocieerd werd met de middelste fase van ontbinding in echte lijken (ter verduidelijking: het ging hier om dode muizen, niet om dode paarden of menselijke kadavers).

Al dit onderzoek naar geuren heeft sommige wetenschappers ervan overtuigd dat DMS nauw verbonden is met leven. Het zou een ideale biosignatuur zijn als het honderden lichtjaren hiervandaan zou worden aangetroffen op een eenzame planeet.

Critici van Madhusudhans bevindingen wijzen er echter op dat dimethylsulfide kan bestaan ​​zonder enig bewijs van leven. Ten eerste kun je het in een laboratorium maken .

Zoals parfumeur Laudamiel aan Salon vertelde, wordt DMS "vaak gebruikt in de parfumerie, maar niet vanwege het rotte-eieren-effect bij eb". De menselijke neus kan één deeltje per miljoen DMS waarnemen, als een onaangename, koolachtige geur die bijvoorbeeld wordt gebruikt om een ​​waarschuwingssignaal toe te voegen aan het giftige gas koolmonoxide, dat overigens geurloos aardgas is. DMS ontstaat ook bij het verpulpen van kraftpapier en produceert een afschuwelijke, kokhalzende geur die je vast wel eens hebt opgemerkt als je ooit langs een papierverwerkingsfabriek bent gereden. Het ontstaat op natuurlijke wijze wanneer bacteriën hun werk doen op dimethylsulfoxideafval in riolen .

Wanneer het ons niet redt van verstikking of nuttige industriële processen uitvoert, geeft dimethylsulfide ook zijn "laagwater, rotte-eieren-facet" als een bijna onbewuste smaak aan eten en drinken, gemeten in een paar deeltjes per miljoen. Bij het brouwen van bepaalde lagers willen brouwerijen echter misschien die licht funky smaak en voegen ze genoeg DMS toe om de smaakdrempel te overschrijden als een vleugje oceaan (of van verre rotte eieren, of kool).

De natuurlijke productie van DMS is ook medisch nuttig. Het blijkt dat wanneer een bacteriesoort verandert van een vredig bestaan ​​in onze mond naar het veroorzaken van darmkanker in onze onderste regionen, deze dimethylsulfide produceert . Verergering van osteoporose bij oudere vrouwen kan leiden tot het uitademen van DMS , evenals de positieve effecten van een medicijncocktail bij kinderen met cystische fibrose.

Maar hoe kan het dat de stof die ons de heerlijke geur van de zee geeft – en misschien ook ons ​​eerste bewijs van leven op een verre planeet – ook de doorgaans onaangename geur van winderigheid, ontlasting en bloemen produceert die naar rottend vlees ruiken?

"Het werkt net als zout in een cake", legde Laudamiel uit. "In combinatie met andere moleculen, in lage, onherkenbare doseringen, brengt het de smaken van andere facetten naar voren." Onaangenaam klinkende smaaktonen zoals "de overrijpe 'braaksel'-noot die van nature in papaja voorkomt... de 'voeten'-noot in Parmigiano of de 'zweterige' noot die van nature in pure chocolade voorkomt" produceren magische effecten in combinatie met andere en in precies de juiste hoeveelheid. Verwijder die noten, concludeerde hij, en je papaja, kaas of chocolade "zal veel minder lekker smaken". DMS, dat door de natuur in precies de juiste dosering wordt aangeleverd, is inderdaad een bestanddeel van de felbegeerde geur van truffels.

DMS keert zich af van onze planeet met zijn stinkende kaas, braakpapaja's en zweterige chocolade en richt zich op de sterren. Het wordt gebruikt als additief in raketbrandstof. Het wordt toegevoegd aan ethyleenoxide om te voorkomen dat uitlaatgassen vies worden en dat er koolstof zich ophoopt op het oppervlak van de verbrandingskamer.

Maar geen enkel bestaand of gepland ruimtevaartuig kan ons ook maar in de buurt brengen van de dichtstbijzijnde bekende bron van dimethylsulfide op K2-18 b, de planeet waar Madhusudhan en collega's dankzij de James Webb-ruimtetelescoop hebben ontdekt wat volgens hen wel eens deze aanwijzing voor leven zou kunnen zijn.

Astronomen zijn tegenwoordig vooral geïnteresseerd in planeten die kleiner zijn dan Neptunus, oftewel planeten met een diameter groter dan die van de aarde maar kleiner dan die van Neptunus. Het is een exotische niche die niet bestaat in ons zonnestelsel en die nieuwe mogelijkheden zou kunnen bieden voor het vinden van leven. Ze zijn met name geïnteresseerd in een nieuw gedefinieerd type planeet dat binnen dat bereik zou kunnen bestaan: Hycische planeten , die een waterrijk binnenste zouden hebben, planeten overspannende oceanen en een atmosfeer rijk aan waterstofgas. De detectie van methaan- en koolstofdioxidegassen door het Madhusudhan-team op K2-18 b ondersteunt zijn argument dat de planeet mogelijk oppervlaktewater heeft, evenals het feit dat ze geen ammoniak hebben gevonden, dat oplosbaar is in water – als dat in de atmosfeer wordt aangetroffen, is er waarschijnlijk geen oceaan.

Maar hoewel DMS hier op aarde een biosignatuur is, wijzen andere wetenschappers erop dat het elders met een ander proces kan worden geproduceerd, net zoals het in een laboratorium voor industriële doeleinden kan worden geproduceerd. Sommige wetenschappers hebben andere mogelijke verklaringen geopperd voor de signalen die Madhusudhans team heeft gevonden, waaronder statistische ruis. Twee bevindingen van het afgelopen jaar onderbouwen deze kritiek. Een daarvan, die afgelopen oktober werd beschreven, is de aanwezigheid van dimethylsulfide in een komeet genaamd 67P/Churyumov-Gerasimenko, wat volgens niemand wijst op biologische activiteit.

Madhusudhan zegt dat dit zijn hypothese niet ontkracht; kometen staan ​​bekend als kleine laboratoria die allerlei onwaarschijnlijke dingen kunnen bedenken. "Dezelfde komeet bevat toch ook moleculaire zuurstof?" wierp hij tegen. "Hij bevat ook methaan en andere moleculen, waaronder aminozuren." Iets in een komeet vinden, zei hij, "betekent niet dat het geen biosignatuur kan zijn in een planetaire atmosfeer, want dat zijn twee heel verschillende omgevingen."

Een andere bevinding die twijfel kan zaaien over het idee dat DMS gelijkstaat aan de aanwezigheid van leven, is de ontdekking van dimethylsulfide, dat hier op aarde de zee laat ruiken als de zee, en dat in de diepe ruimte tussen de sterren ronddrijft . In een bericht op het open science-platform Arxiv in februari meldde een internationale groep astronomen dat ze DMS hadden ontdekt tijdens een ultradiepe moleculaire lijnsurvey, waarbij geavanceerde telescopen worden gebruikt om een ​​spectrum aan golflengten in een bepaald deel van de ruimte te bekijken en vervolgens de chemische samenstelling en fysische eigenschappen ervan, zoals temperatuur en dichtheid, te catalogiseren. In dit geval richtten ze hun telescopen op een moleculaire wolk met de naam G+0,693-0,027 in het centrum van het melkwegstelsel.

En daar vonden ze dimethylsulfide, trillend in de leegte.