Introduktion
I 2021 leverede rummissionen Hayabusa2 med succes en bid af asteroiden 162173 Ryugu til Jorden - fem gram af det ældste, mest uberørte stof, der var tilbage fra solsystemets dannelse for 4.5 milliarder år siden. Sidste forår afslørede videnskabsmænd, at den kemiske sammensætning af asteroiden omfatter 10 aminosyrer, byggestenene i proteiner. Opdagelsen tilføjede beviserne for, at den ursuppe, hvorfra livet på Jorden opstod, kan være blevet krydret med aminosyrer fra stykker af asteroider.
Men hvor kom disse aminosyrer fra? De aminosyrer, der strømmer gennem vores økosystemer, er produkter af cellulær metabolisme, for det meste i planter. Hvilken ikke-biologisk mekanisme kunne have sat dem i meteoritter og asteroider?
Forskere har tænkt på flere måder, og nyligt arbejde af forskere i Japan peger på en væsentlig ny: en mekanisme, der bruger gammastråler til at danne aminosyrer. Deres opdagelse får det til at virke endnu mere sandsynligt, at meteoritter kunne have bidraget til livets oprindelse på Jorden.
På trods af deres cachet som en essentiel del af livets kemi, er aminosyrer simple molekyler, der kan koges kunstløst op af kulstof-, oxygen- og nitrogenforbindelser, hvis der er tilstrækkelig energi. For XNUMX år siden beviste berømte eksperimenter af Stanley Miller og Harold Urey, at en elektrisk udladning i en gasformig blanding af metan, ammoniak og brint (som på det tidspunkt fejlagtigt mente at efterligne Jordens tidlige atmosfære) var alt, der skulle til for at lave en blanding af organiske forbindelser, der indeholdt aminosyrer. Senere laboratoriearbejde antydede, at aminosyrer også potentielt kunne dannes i sedimenter nær hydrotermiske åbninger på havbunden, og en opdagelse i 2018 bekræftet, at dette nogle gange forekommer.
Muligheden for, at de oprindelige aminosyrer kunne være kommet fra rummet, begyndte at fange efter 1969, da to store meteoritter - Murchison-meteoritten i det vestlige Australien og Allende-meteoritten i Mexico - blev genfundet straks efter deres nedslag. Begge var kulstofholdige kondritter, en sjælden klasse af meteoritter, der ligner Ryugu, som forskerne tror, er ophobet fra mindre iskolde legemer, efter at solsystemet først blev dannet. Begge indeholdt også små, men betydelige mængder af aminosyrer, selvom forskerne ikke kunne udelukke muligheden for, at aminosyrerne var forurenende stoffer eller biprodukter af deres påvirkning.
Alligevel vidste rumforskere, at de iskolde støvlegemer, der dannede kulholdige kondritter, sandsynligvis ville indeholde vand, ammoniak og små kulstofmolekyler som aldehyder og methanol, så de elementære bestanddele af aminosyrer ville have været til stede. De havde kun brug for en energikilde for at lette reaktionen. Eksperimentelt arbejde antydede, at ultraviolet stråling fra supernovaer kunne have været stærk nok til at gøre det. Kollisioner mellem støvlegemerne kunne også have opvarmet dem nok til at frembringe en lignende effekt.
"Vi kender mange måder at lave aminosyrer på biologisk," sagde Scott Sandford, en laboratorieastrofysiker ved NASAs Ames Research Center. "Og der er ingen grund til at forvente, at de ikke alle skete."
Nu er et team af forskere ved Yokohama National University i Japan ledet af kemikerne Yoko Kebukawa , Kensei Kobayashi har vist, at gammastråler også kunne have produceret aminosyrerne i kondritter. I deres nye arbejde viste de, at gammastråler fra radioaktive grundstoffer i kondritterne - sandsynligvis aluminium-26 - kunne omdanne kulstof-, nitrogen- og iltforbindelserne til aminosyrer.
Selvfølgelig kan gammastråler ødelægge organiske forbindelser lige så let, som det kan lave dem. Men i det japanske holds eksperimenter, "var forbedringen af aminosyreproduktionen af radioisotoperne mere effektiv end nedbrydning," sagde Kebukawa, så gammastrålerne producerede flere aminosyrer, end de ødelagde. Ud fra de produktionshastigheder, der blev observeret i deres eksperimenter, beregnede forskerne meget groft, at gammastråler kunne have hævet koncentrationen af aminosyrer i en kulholdig chondrit-asteroide til niveauerne set i Murchison-meteoritten på så lidt som 1,000 år eller så mange som 100,000 .
Da gammastråler, i modsætning til ultraviolet lys, kan trænge dybt ind i det indre af en asteroide eller meteorit, kan denne mekanisme have ekstra relevans for livets oprindelsesscenarier. "Det åbner et helt nyt miljø, hvor aminosyrer kan laves," sagde Sandford. Hvis meteoritter er store nok, "kan den midterste del af dem overleve atmosfærisk indtræden, selvom ydersiden forsvinder," forklarede han. "Så du laver ikke kun [aminosyrer], men du laver dem på vejen til at komme til en planet."
Introduktion
Et krav til den nye mekanisme er, at små mængder flydende vand skal være til stede for at understøtte reaktionerne. Det kan virke som en væsentlig begrænsning - "Jeg kan nemt forestille mig, at folk tror, at flydende vand næsten ikke eksisterer i rummiljøer," sagde Kebukawa. Men kulstofholdige kondritmeteoritter er fulde af mineraler såsom hydrerede silikater og karbonater, der kun dannes i nærvær af vand, forklarede hun, og små mængder vand er endda blevet fundet fanget inde i nogle af mineralkornene i kondritter.
Fra sådanne mineralogiske beviser, sagde Vassilisa Vinogradoff, en astrokemiker ved Aix-Marseille Universitet i Frankrig, ved forskerne, at unge asteroider holdt betydelige mængder flydende vand. "Den vandige ændringsfase af disse legemer, som er når de pågældende aminosyrer ville have haft en chance for at danne sig, var en periode på omkring en million år," sagde hun - mere end lang nok til at producere de mængder af aminosyrer, der observeres. i meteoritter.
Sandford bemærker, at i eksperimenter, han og andre forskere har udført, kan bestråling af iskolde blandinger som dem i de primordiale interstellare molekylære skyer give anledning til tusindvis af forbindelser, der er relevante for livet, inklusive sukkerarter og nukleobaser, "og aminosyrer er der stort set altid i blande. Så universet ser ud til at være noget hårdt forbundet til at lave aminosyrer."
Vinogradoff gentog dette synspunkt og sagde, at mangfoldigheden af organiske forbindelser, der kan være til stede i meteoritter, nu er kendt for at være enorm. "Spørgsmålet har drejet sig mere til at være: Hvorfor er disse molekyler dem, der har vist sig vigtige for livet på Jorden?" hun sagde. Hvorfor bruger det jordiske liv for eksempel kun 20 af de snesevis af aminosyrer, der kan produceres - og hvorfor bruger det næsten udelukkende de "venstrehåndede" strukturer af disse molekyler, når spejlbilledet "højrehåndede" strukturer naturligt dannes i lige store mængder? Det kan være de mysterier, der dominerer kemiske undersøgelser af livets tidligste oprindelse i fremtiden.
