Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     Siemens  n-tv 
Datenbankrecherche:

Fachgebiet (optional):

 

Zapping Titan-like atmosphere with UV rays creates life precursors

30.06.2010
The nitrogen-dominated atmosphere and organic chemistry of Saturn's moon Titan may provide clues to the origin of life on Earth

Anzeige

The first experimental evidence showing how atmospheric nitrogen can be incorporated into organic macromolecules is being reported by a University of Arizona team.


The finding indicates what organic molecules might be found on Titan, the moon of Saturn that scientists think is a model for the chemistry of pre-life Earth.

Earth and Titan are the only known planetary-sized bodies that have thick, predominantly nitrogen atmospheres, said Hiroshi Imanaka, who conducted the research while a member of UA's chemistry and biochemistry department.

How complex organic molecules become nitrogenated in settings like early Earth or Titan's atmosphere is a big mystery, Imanaka said.

"Titan is so interesting because its nitrogen-dominated atmosphere and organic chemistry might give us a clue to the origin of life on our Earth," said Imanaka, now an assistant research scientist in the UA's Lunar and Planetary Laboratory. "Nitrogen is an essential element of life."

However, not just any nitrogen will do. Nitrogen gas must be converted to a more chemically active form of nitrogen that can drive the reactions that form the basis of biological systems.

Imanaka and Mark Smith converted a nitrogen-methane gas mixture similar to Titan's atmosphere into a collection of nitrogen-containing organic molecules by irradiating the gas with high-energy UV rays. The laboratory set-up was designed to mimic how solar radiation affects Titan's atmosphere.

Most of the nitrogen moved directly into solid compounds, rather than gaseous ones, said Smith, a UA professor and head of chemistry and biochemistry. Previous models predicted the nitrogen would move from gaseous compounds to solid ones in a lengthier stepwise process.

Titan looks orange in color because a smog of organic molecules envelops the planet. The particles in the smog will eventually settle down to the surface and may be exposed to conditions that could create life, said Imanaka, who is also a principal investigator at the SETI Institute in Mountain View, Calif.

However, scientists don't know whether Titan's smog particles contain nitrogen. If some of the particles are the same nitrogen-containing organic molecules the UA team created in the laboratory, conditions conducive to life are more likely, Smith said.

Laboratory observations such as these indicate what the next space missions should look for and what instruments should be developed to help in the search, Smith said.

Imanaka and Smith's paper, "Formation of nitrogenated organic aerosols in the Titan upper atmosphere," is scheduled for publication in the Early Online edition of the Proceedings of the National Academy of Sciences the week of June 28. NASA provided funding for the research.

The UA researchers wanted to simulate conditions in Titan's thin upper atmosphere because results from the Cassini Mission indicated "extreme UV" radiation hitting the atmosphere created complex organic molecules.

Therefore, Imanaka and Smith used the Advanced Light Source at Lawrence Berkeley National Laboratory's synchroton in Berkeley, Calif. to shoot high-energy UV light into a stainless steel cylinder containing nitrogen-and-methane gas held at very low pressure.

The researchers used a mass spectrometer to analyze the chemicals that resulted from the radiation.

Simple though it sounds, setting up the experimental equipment is complicated. The UV light itself must pass through a series of vacuum chambers on its way into the gas chamber.

Many researchers want to use the Advanced Light Source, so competition for time on the instrument is fierce. Imanaka and Smith were allocated one or two time slots per year, each of which was for eight hours a day for only five to 10 days.

For each time slot, Imanaka and Smith had to pack all the experimental equipment into a van, drive to Berkeley, set up the delicate equipment and launch into an intense series of experiments. They sometimes worked more than 48 hours straight to get the maximum out of their time on the Advanced Light Source. Completing all the necessary experiments took years.

It was nerve-racking, Imanaka said: "If we miss just one screw, it messes up our beam time."

At the beginning, he only analyzed the gases from the cylinder. But he didn't detect any nitrogen-containing organic compounds.

Imanaka and Smith thought there was something wrong in the experimental set-up, so they tweaked the system. But still no nitrogen.

"It was quite a mystery," said Imanaka, the paper's first author. "Where did the nitrogen go?"

Finally, the two researchers collected the bits of brown gunk that gathered on the cylinder wall and analyzed it with what Imanaka called "the most sophisticated mass spectrometer technique."

Imanaka said, "Then I finally found the nitrogen!"

Imanaka and Smith suspect that such compounds are formed in Titan's upper atmosphere and eventually fall to Titan's surface. Once on the surface, they contribute to an environment that is conducive to the evolution of life.

Research contact information:
Hiroshi Imanaka
520-621-7984, 520-621-4220
himanaka@lpl.arizona.edu
Languages: Japanese, English

Mark A. Smith, 520-621-5672
msmith@u.arizona.edu

Related Web sites:

Mark A. Smith http://www.chem.arizona.edu/faculty/profile/profile.php?fid_call=smit

UA department of chemistry and biochemistry http://www.chem.arizona.edu/

UA lunar and planetary laboratory http://www.lpl.arizona.edu/

mnjensen | Quelle: EurekAlert!
Weitere Informationen: www.arizona.edu

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Trennung von Blutzellen im Mikrofluss
24.05.2012 | Universität Augsburg

nachricht Nomads of the Galaxy
24.05.2012 | Kavli Foundation

Alle Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>


Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Im wahrsten Sinne „Spitzenforschung“: IPHT-Forscher untersuchen Eiweißfasern mit größter Genauigkeit


Krankheiten wie Parkinson, Alzheimer und bestimmte Krebsformen gehen auf eine fehlerhafte Faltung und Aggregation von Eiweißen im Körper zurück.

Wissenschaftlern des Instituts für Photonische Technologien (IPHT) in Jena ist es erstmals gelungen, Proteinstrukturen auf sub-molekularer Ebene nachzuweisen und spektroskopisch zu analysieren. Ein wichtiger Schritt zum Verständnis der Krankheitsursachen.

„Bis heute hat man nicht genau verstanden, was die fehlerhafte Faltung und Aggregation von Eiweißen, zum Beispiel im Zusammenhang mit Alzheimer, ...

Im Focus: Widerspenstiges Quasiteilchen erzeugt


Die Quantenphysik beschreibt physikalische Vorgänge in Festkörpern und anderen Vielteilchensystemen auch mit Hilfe von Quasiteilchen.

Innsbrucker Physikern um Rudolf Grimm ist es nun erstmals gelungen, ein neues Quasiteilchen - ein repulsives Polaron - in einem Quantengas experimentell zu erzeugen. Die Forscher berichten darüber in der Online-Ausgabe der Fachzeitschrift Nature.

Ultrakalte Quantengase sind ein ideales Experimentierfeld, um physikalische Phänomene in Festkörpern zu simulieren. Unter streng kontrollierten Bedingungen ...

Im Focus: Licht lässt Partikel wachsen - Forscher entdecken neuen Mechanismus in der Atmosphäre


Licht lässt die Partikel in der Atmosphäre wachsen. In einem Experiment hat ein internationales Forscherteam erstmals einen neuen Mechanismus nachweisen können, bei dem Partikel durch Licht größer werden und der damit Einfluss auf die Wolkenbildung und das Klima hat.

Photokatalytische Reaktionen können zu einer schnellen Bindung von nicht kondensierenden flüchtigen organischen Kohlenwasserstoffen (VOCs) auf der Oberfläche der Partikel führen. Unter solchen Bedingungen nehme die Größe und Masse der Partikel schnell zu, schreiben die Wissenschaftler im renommierten Fachblatt PNAS.

Die Ergebnisse des Laborexperimentes könnten Effekte erklären, die bisher schon bei Feldkampagnen ...

Im Focus: Abschreckung: Tabak signalisiert angreifenden Zikaden Verteidigungsbereitschaft


Ähnlich wie blutsaugende Insekten prüfen Pflanzenschädlinge ihren Wirt auf Abwehrsignale, bevor sie anfangen zu fressen

Pflanzen bilden wenige Minuten nach Angriff eines Fraßfeindes Jasmonsäure, ein Hormon, das die Verteidigung gegen Insekten in Gange setzt mit der Folge, dass giftige Stoffe wie Nikotin oder Verdauungshemmer in den Blättern akkumulieren.

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie, Jena, haben jetzt herausgefunden, dass Zwergzikaden die Verteidigungsbereitschaft von Tabakpflanzen aufspüren können. ...

Im Focus: Erbgutkopie reist im Protein-Koffer


Wissenschaftlern vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Bonn ist es erstmals gelungen, den Transport eines wichtigen Informationsträgers in biologischen Zellen praktisch unmodifiziert in Echtzeit zu filmen.

Die Studie zeigt, wie die so genannte Boten-RNA die Zellkernhülle überwindet und vom Zellkern in das Zytoplasma gelangt. Diese Arbeit ist nun in dem renommierten Journal „Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA“ (PNAS) publiziert.

Der Bauplan aller Lebewesen ist in ihrem Erbgut gespeichert. Dieses lagert bei höheren ...

Alle Focus-News des innovations-reports >>>

Anzeige

B2B Suche
Produkt / Dienstleistung
Firma / Organisation

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Aktuell

Energieversorger vor dem Umbruch

24.05.2012 | Studien Analysen

Stem-cell-growing surface enables bone repair

24.05.2012 | Biowissenschaften Chemie

Im wahrsten Sinne „Spitzenforschung“: IPHT-Forscher untersuchen Eiweißfasern mit größter Genauigkeit

24.05.2012 | Biowissenschaften Chemie

VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Veranstaltungen

NieKE Themenforum: Ökonomie - Tierschutz - Lebensmittelsicherheit

24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten

Nachhaltigkeit in der Schifffahrt: Werte vs. Wertschöpfung

24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten

Wissenschaft und Öffentlichkeit

24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten

FindAndHelp