Chemical analysis of organic molecules in carbonaceous
meteorites
Torrao Pinto Martins, Zita Carla
Citation
Torrao Pinto Martins, Z. C. (2007, January 24). Chemical analysis of organic molecules in carbonaceous meteorites. Retrieved from
https://hdl.handle.net/1887/9450
Version: Corrected Publisher’s Version
License: Licence agreement concerning inclusion of doctoral thesis in the Institutional Repository of the University of Leiden
Downloaded from: https://hdl.handle.net/1887/9450
Note: To cite this publication please use the final published version (if applicable).
NEDERLANDSE SAMENVATTING
______________________________________________________
Meteorieten zijn buitenaardse objecten die de passage door de aardse atmosfeer en de inslag met de aarde hebben overleefd. Een buitenaards object dat de atmosfeer binnen komt en oplicht door wrijving met de lucht, wordt een meteoor genoemd, of meer populair een vallende ster. Als een teruggevonden meteoriet is gezien terwijl hij viel, wordt het een fall genoemd, als het vallen van een teruggevonden meteoriet niet is waargenomen, wordt de meteoriet een find genoemd. Meteorieten worden genoemd naar de plaats of geografische omgeving waar ze zijn gevonden. In het geval van Antarctische meteorieten wordt de naam gevolgd door een nummer waarvan de eerste twee getallen het jaar van de vondst weergeven, gevolgd door een volgnummer. Met uitzondering van de maan- en marsmeteorieten zijn alle meteorieten vermoedelijk brokstukken van objecten in de asteroïdegordel, hoewel er ook wordt beweerd dat het brokstukken van kometen zijn. Maar daar is geen bewijs voor. Meteorieten kunnen in drie klassen onderverdeeld worden: ijzer, steen-ijzer en steen. IJzermeteorieten bestaan voornamelijk uit metallisch ijzer en nikkel, steenmeteorieten bestaan voornamelijk uit minerale silicaten en steen-ijzer meteorieten bestaan uit een mengsel van die beide. Meteorieten kunnen verder in groepen verdeeld worden aan de hand van hun chemische, mineralogische en isotoopverhoudingen.
De steenmeteorieten, die het grootste aandeel van de gevonden meteorieten vormen, worden onderverdeeld in chondrieten en achondrieten. Achondrieten ontstaan uit het gedeeltelijk smelten van hun oorspronkelijke objecten en bevatten meestal geen chondrules, kleine millimeter-grote bolletjes. De chondrieten zijn niet gesmolten en bevatten wel chondrules. De chondrieten kunnen verder onderverdeeld worden in verschillende subcategorieën, waaronder de koolstofhoudende chondrieten. Binnen de groep van de koolstofhoudende chondrieten bestaan de CI, CM, CK, CO, CR, CV, CH en CB type chondrieten, waarbij de tweede letter refereert naar een typisch voorbeeld van dat type. Chondrieten worden ook geclassificeerd en gegroepeerd in petrografische types. Dit gebeurt aan de hand van de intensiteit van thermische metamorfismen of de mate van aqueous alteration (verandering onder invloed van water) die plaats hebben gevonden op het oorspronkelijke object, variërend in type van 1 tot 6. Een petrologisch type lopend van 3 tot 1 geeft een toenemende mate van aqueous alteration aan. Een petrologisch type lopend van 4 tot 6 geeft een oplopende mate van thermisch metamorfisme aan.
Nederlandse samenvatting
118
Koolstofhoudende chondrieten zijn de meest primitieve types van meteorieten die bekend zijn. Ze zijn rijk in koolstof, tot 3 massa%. Meer dan 70% daarvan bestaat uit een onoplosbaar macromolecuul, terwijl de overige 30% een mix van oplosbare organische moleculen is. Koolstofhoudende chondrieten hebben een rijke verzameling organische moleculen, waaronder aminozuren, carbonzuren en nucleobasen. Sommige van die organische moleculen worden ook gevonden in de biochemie op aarde. Het is wel eens voorgesteld dat koolstofhoudende meteorieten buitenaardse organische moleculen op aarde hebben gebracht en daarmee hebben bijgedragen aan de prebiotische bouwstenen van het leven op aarde.
Het onderzoek beschreven in dit proefschrift beschrijft de analyse van de oplosbare organische stoffen in koolstofhoudende meteorieten. De resultaten van dit onderzoek bieden een cruciaal inzicht in de organische stoffen die in koolstofhoudende meteorieten worden gevonden. De experimenten leveren een bijdrage aan het inzicht in de vorming en evolutie van buitenaardse, organische stoffen, hun transport naar de jonge aarde en het mogelijke belang voor de oorsprong van het leven.
Hoofdstuk 2 beschrijft de analyses van de vrije carbonzuren die aanwezig zijn in waterige extracten van de CM2 chondriet Murchison en de CI1 chondriet Orgueil, waarbij gebruik werd gemaakt van een gas chromatograaf-massa spectrometer (GC-MS).
De analyses onthulden de aanwezigheid van een verzameling alifatische en aromatische carbonzuren met verschillende structuren in Murchison, terwijl Orgueil een veel simpelere verdeling laat zien, met uitsluitend aromatische zuren. De meeste isomeren van de aromatische zuren zijn geïdentificeerd in zowel Murchison als Orgueil, wat suggereert dat ze ontstaan zijn door een abiotisch proces. Vrije ftaalzuren, methylftaalzuren en hydroxybenzoëzuren worden voor het eerst aangetoond in de Murchison meteoriet. Carbonzuren zijn in hogere concentraties gevonden in Murchison dan in Orgueil. De data suggereren dat een andere mate van aqueous alteration op het oorspronkelijke object(en) de verschillende verhoudingen van carbonzuren heeft geproduceerd.
Hoofdstuk 3 toont voor de eerste keer van koolstofisotoopverhoudingen van nucleobasen in koolstofhoudende moleculen. Mierenzuur-extracten van CM2 chondriet Murchison werden geanalyseerd op aanwezigheid van nucleobasen met behulp van GC- MS en een gas chromatografie-verbranding-isotoopverhouding massa spectrometer (GC- C-IRMS). De mierenzuurextracten werden opgezuiverd om de aanwezigheid van storende stoffen gedurende de chromatografische analyse te verminderen.
Stofafhankelijke koolstofisotoopverhoudingmetingen met behulp van GC-C-IRMS tonen aan dat de nucleobasen van oorsprong in de meteoriet zaten.
Koolstofisotoopverhoudingen voor uracil en xanthine van respectievelijk δ13C = +44.5‰
en +37.7‰ tonen een niet-aardse oorsprong voor deze stoffen aan. Deze nieuwe resultaten tonen aan dat organische stoffen die tevens onderdelen zijn van de genetische code in de moderne biochemie, al vroeg in het zonnestelsel aanwezig waren en mogelijkerwijs een belangrijke rol hebben gespeeld in de oorsprong van het leven.
Hoofdstuk 4 vergelijkt de aminozuurverhoudingen van CM2, CM1 en CI1 koolstofhoudende meteorieten. De CM2 koolstofhoudende meteorieten bevatten een grote variëteit aan complexe aminozuren, terwijl de CI1 meteorieten Orgueil en Ivuna een veel kleinere verscheidenheid laten zien, met alleen glycine en β-alanine in significante hoeveelheden. Voor het eerst zijn aminozuuranalyses uitgevoerd op antarctische CM1 chondrieten. MET01070, ALH88045 en LAP02277 zijn onderzocht op hun aminozuursamenstelling met behulp van GC-MS en high performance liquid chromatography met fluorescentie detectie (HPLC-FD). De concentraties van de acht meest voorkomende aminozuren in deze meteorieten werden vergeleken met die in CM2 en CI1 meteorieten. De totale aminozuurconcentratie in CM1 koolstofhoudende chondrieten bleek veel lager te zijn dan het gemiddelde van de CM2’s. Relatieve aminozuurhoeveelheden werden ook onderling vergeleken om mogelijke overeenkomsten in aminozuursynthese tussen de CM2, CM1 en CI1 meteorietklassen aan te tonen. De data ondersteunen de hypothese dat aminozuren in CM- en CI-type meteorieten gesynthetiseerd werden onder fysisch en chemisch verschillende omstandigheden.
Hoofdstuk 5 rapporteert de analyse van de CR Shisr 033 meteoriet uit de woestijn van Oman. Verschillende analytische technieken zijn gebruikt om de mate van verandering na inslag op de aarde en de petrologische classificatie aan te tonen. Chemische bulkanalyse (inclusief de hoeveelheid organisch koolstof en de gemiddelde totale hoeveelheid H2O) bevestigen de CR classificatie. Zuurstofisotoopanalyse van de bulk sample tonen verder aan dat Shisr 033 van het type CR2 is. De hoeveelheid aminozuren in de Shisr 033 meteoriet is geanalyseerd met HPLC-FD en liquid chromatographie-time of flight-mass spectrometry (LC-ToF-MS). Aminozuuranalyse toont aan dat de absolute en relatieve hoeveelheden aminozuren in Shisr 033 anders is dan in andere koolstofhoudende chondrieten, inclusief de CR Renazzo. Zuurstofisotoopanalyse van een phyllosilicaatrijke donkere inclusie toont aan dat die inclusie dichter bij een CV3 of CO3 chondriet staat. De effecten van aardse verwering op Shisr 033 worden duidelijk uit de koolstofisotoopgegevens van de inclusie, de bulkchemie (door verhoogde Sr en Ba concentraties) en de gegevens over de aminozuren. Toch bevat Shisr 033 nog een kleine fractie van de oorspronkelijke componenten, wat de aanwezigheid van buitenaards aminozuur α-aminoisoboterzuur (α-AIB) aantoont. Tenslotte is de leeftijd van Shisr 033 bepaald en bediscussieerd in het licht van de hoge mate van vervuiling.
Hoofdstuk 6 beschrijft de eerste metingen aan aminozuren in antarctische CR meteorieten. CR meteorieten behoren tot de meest primitieve meteorieten. EET92042, GRA95229 en GRO95577 werden geanalyseerd op aminozuren met behulp van HPLC- FD en GC-MS. EET92042 en GRA95229 zijn de meest aminozuurrijke meteorieten ooit geanalyseerd. De totale aminozuurconcentratie varieerde van 180 ppm tot 249 ppm.
GRO95577 is echter verstoken van aminozuren. De α-aminozuren glycine, isovaline, α- AIB en alanine zijn de meest voorkomende aminozuren in de meteorieten EET92042 en GRA95229, met δ13C-waarden variërend van +31.6‰ tot +50.5‰, waarbij de stofafhankelijke koolstofisotoopverhoudingen geanalyseerd werden met GC-C-IRMS.
De koolstofisotoopverhoudingen en de racemische verhoudingen van de enantiomeren,
Nederlandse samenvatting
120
oorsprong voor deze stoffen. Een significant L-enantiomeer overschot van isovaline werd in de EET92042 (33.0‰) en GRA95229 (35.9‰) meteorieten gevonden.
