Εισαγωγή
Το 2021, η διαστημική αποστολή Hayabusa2 παρέδωσε με επιτυχία ένα κομμάτι του αστεροειδούς 162173 Ryugu στη Γη — πέντε γραμμάρια της παλαιότερης, πιο παρθένας ύλης που είχε απομείνει από το σχηματισμό του ηλιακού συστήματος πριν από 4.5 δισεκατομμύρια χρόνια. Την περασμένη άνοιξη, οι επιστήμονες αποκάλυψαν ότι η χημική σύνθεση του αστεροειδούς περιλαμβάνει 10 αμινοξέα, τα δομικά στοιχεία των πρωτεϊνών. Η ανακάλυψη προστέθηκε στα στοιχεία ότι η αρχέγονη σούπα από την οποία προέκυψε η ζωή στη Γη μπορεί να ήταν καρυκευμένη με αμινοξέα από κομμάτια αστεροειδών.
Αλλά από πού προήλθαν αυτά τα αμινοξέα; Τα αμινοξέα που ρέουν μέσω των οικοσυστημάτων μας είναι προϊόντα του κυτταρικού μεταβολισμού, κυρίως στα φυτά. Ποιος μη βιολογικός μηχανισμός θα μπορούσε να τους βάλει σε μετεωρίτες και αστεροειδείς;
Οι επιστήμονες έχουν σκεφτεί διάφορους τρόπους, και πρόσφατη δουλειά από ερευνητές στην Ιαπωνία επισημαίνει ένα σημαντικό νέο: έναν μηχανισμό που χρησιμοποιεί ακτίνες γάμμα για τη δημιουργία αμινοξέων. Η ανακάλυψή τους κάνει να φαίνεται ακόμη πιο πιθανό ότι οι μετεωρίτες θα μπορούσαν να συνέβαλαν στην προέλευση της ζωής στη Γη.
Παρά το γεγονός ότι αποτελούν ουσιαστικό μέρος της χημείας της ζωής, τα αμινοξέα είναι απλά μόρια που μπορούν να μαγειρευτούν άτεχνα από ενώσεις άνθρακα, οξυγόνου και αζώτου εάν υπάρχει επαρκής ενέργεια. Πριν από εβδομήντα χρόνια, διάσημα πειράματα από τους Stanley Miller και Harold Urey απέδειξαν ότι μια ηλεκτρική εκκένωση σε ένα αέριο μείγμα μεθανίου, αμμωνίας και υδρογόνου (το οποίο εκείνη την εποχή εσφαλμένα θεωρήθηκε ότι μιμείται την πρώιμη ατμόσφαιρα της Γης) ήταν το μόνο που χρειαζόταν για να γίνει ένα μείγμα οργανικές ενώσεις που περιελάμβαναν αμινοξέα. Αργότερα εργαστηριακή εργασία πρότεινε ότι τα αμινοξέα θα μπορούσαν επίσης να σχηματιστούν σε ιζήματα κοντά σε υδροθερμικές οπές στον πυθμένα της θάλασσας, και ανακάλυψη το 2018 επιβεβαίωσε ότι αυτό συμβαίνει μερικές φορές.
Η πιθανότητα τα αρχικά αμινοξέα να προέρχονταν από το διάστημα άρχισε να εμφανίζεται μετά το 1969, όταν δύο μεγάλοι μετεωρίτες - ο μετεωρίτης Murchison στη δυτική Αυστραλία και ο μετεωρίτης Allende στο Μεξικό - ανακτήθηκαν αμέσως μετά την πρόσκρουσή τους. Και οι δύο ήταν ανθρακούχοι χονδρίτες, μια σπάνια κατηγορία μετεωριτών που μοιάζουν με τον Ryugu που οι επιστήμονες πιστεύουν ότι συσσωρεύτηκε από μικρότερα παγωμένα σώματα μετά την πρώτη δημιουργία του ηλιακού συστήματος. Και τα δύο περιείχαν επίσης μικρές αλλά σημαντικές ποσότητες αμινοξέων, αν και οι επιστήμονες δεν μπορούσαν να αποκλείσουν την πιθανότητα ότι τα αμινοξέα ήταν μολυντές ή υποπροϊόντα της επίδρασής τους.
Ωστόσο, οι διαστημικοί επιστήμονες γνώριζαν ότι τα σώματα παγωμένης σκόνης που σχημάτισαν ανθρακούχους χονδρίτες ήταν πιθανό να περιέχουν νερό, αμμωνία και μικρά μόρια άνθρακα όπως αλδεΰδες και μεθανόλη, επομένως τα στοιχειώδη συστατικά των αμινοξέων θα ήταν παρόντα. Χρειάζονταν μόνο μια πηγή ενέργειας για να διευκολύνουν την αντίδραση. Η πειραματική εργασία πρότεινε ότι η υπεριώδης ακτινοβολία από σουπερνόβα θα μπορούσε να ήταν αρκετά ισχυρή για να το κάνει. Οι συγκρούσεις μεταξύ των σωμάτων σκόνης θα μπορούσαν επίσης να τα έχουν θερμάνει αρκετά ώστε να έχουν παρόμοιο αποτέλεσμα.
«Γνωρίζουμε πολλούς τρόπους για να παράγουμε αμινοξέα βιολογικά», είπε Σκοτ Σάντφορντ, εργαστηριακός αστροφυσικός στο Ερευνητικό Κέντρο Ames της NASA. «Και δεν υπάρχει λόγος να περιμένουμε ότι δεν έγιναν όλα».
Τώρα μια ομάδα ερευνητών στο Εθνικό Πανεπιστήμιο της Γιοκοχάμα στην Ιαπωνία με επικεφαλής τους χημικούς Γιόκο Κεμπουκάουα και Kensei Kobayashi έχουν δείξει ότι οι ακτίνες γάμμα θα μπορούσαν επίσης να παράγουν τα αμινοξέα στους χονδρίτες. Στη νέα τους εργασία, έδειξαν ότι οι ακτίνες γάμμα από ραδιενεργά στοιχεία στους χονδρίτες - πιθανότατα το αλουμίνιο-26 - θα μπορούσαν να μετατρέψουν τις ενώσεις άνθρακα, αζώτου και οξυγόνου σε αμινοξέα.
Φυσικά, οι ακτίνες γάμμα μπορούν να καταστρέψουν οργανικές ενώσεις τόσο εύκολα όσο μπορεί να τις δημιουργήσουν. Αλλά στα πειράματα της ιαπωνικής ομάδας, «η ενίσχυση της παραγωγής αμινοξέων από τα ραδιοϊσότοπα ήταν πιο αποτελεσματική από την αποσύνθεση», είπε ο Kebukawa, έτσι οι ακτίνες γάμμα παρήγαγαν περισσότερα αμινοξέα από όσα κατέστρεψαν. Από τους ρυθμούς παραγωγής που παρατηρήθηκαν στα πειράματά τους, οι ερευνητές υπολόγισαν πολύ χονδρικά ότι οι ακτίνες γάμμα θα μπορούσαν να έχουν αυξήσει τη συγκέντρωση των αμινοξέων σε έναν ανθρακούχο χονδρίτη αστεροειδή στα επίπεδα που φαίνονται στον μετεωρίτη Murchison σε μόλις 1,000 χρόνια ή έως και 100,000 .
Δεδομένου ότι οι ακτίνες γάμμα, σε αντίθεση με το υπεριώδες φως, μπορούν να διεισδύσουν βαθιά στο εσωτερικό ενός αστεροειδούς ή μετεωρίτη, αυτός ο μηχανισμός θα μπορούσε να έχει επιπλέον συνάφεια με τα σενάρια προέλευσης της ζωής. «Ανοίγει ένα εντελώς νέο περιβάλλον στο οποίο μπορούν να παραχθούν αμινοξέα», είπε ο Sandford. Εάν οι μετεωρίτες είναι αρκετά μεγάλοι, «το μεσαίο τμήμα τους θα μπορούσε να επιβιώσει στην ατμοσφαιρική είσοδο, ακόμη κι αν το εξωτερικό καταρρεύσει», εξήγησε. «Επομένως, όχι μόνο παράγετε [αμινοξέα] αλλά τα κάνετε στο μονοπάτι για να φτάσετε σε έναν πλανήτη».
Εισαγωγή
Μια απαίτηση του νέου μηχανισμού είναι ότι πρέπει να υπάρχουν μικρές ποσότητες υγρού νερού για την υποστήριξη των αντιδράσεων. Αυτό μπορεί να φαίνεται σαν ένας σημαντικός περιορισμός - «Μπορώ εύκολα να φανταστώ ότι οι άνθρωποι πιστεύουν ότι το υγρό νερό δεν υπάρχει σχεδόν καθόλου σε διαστημικά περιβάλλοντα», είπε ο Kebukawa. Αλλά οι ανθρακούχοι χονδρίτες μετεωρίτες είναι γεμάτοι μέταλλα, όπως ενυδατωμένα πυριτικά και ανθρακικά άλατα που σχηματίζονται μόνο με την παρουσία νερού, εξήγησε, και μικροσκοπικές ποσότητες νερού έχουν ακόμη παγιδευτεί μέσα σε ορισμένους από τους κόκκους ορυκτών στους χονδρίτες.
Από τέτοια ορυκτολογικά στοιχεία, είπε Βασίλισσα Βίνογκραδοφ, αστροχημικός στο Πανεπιστήμιο Aix-Marseille στη Γαλλία, οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι οι νεαροί αστεροειδείς διατηρούσαν σημαντικές ποσότητες υγρού νερού. «Η φάση υδατικής αλλοίωσης αυτών των σωμάτων, όταν τα εν λόγω αμινοξέα θα είχαν την ευκαιρία να σχηματιστούν, ήταν μια περίοδος περίπου ενός εκατομμυρίου ετών», είπε — περισσότερο από αρκετά μεγάλη για να παραχθούν οι ποσότητες αμινοξέων που παρατηρήθηκαν. σε μετεωρίτες.
Ο Sandford σημειώνει ότι σε πειράματα που έχουν πραγματοποιήσει ο ίδιος και άλλοι ερευνητές, η ακτινοβολία παγωμένων μιγμάτων όπως αυτά στα αρχέγονα διαστρικά μοριακά νέφη μπορεί να προκαλέσει χιλιάδες ενώσεις σχετικές με τη ζωή, συμπεριλαμβανομένων των σακχάρων και των νουκλεοβάσεων, «και τα αμινοξέα είναι σχεδόν πάντα εκεί στο μείγμα. Έτσι, το σύμπαν φαίνεται να είναι κάπως σκληρό για να παράγει αμινοξέα».
Ο Vinogradoff επανέλαβε αυτήν την άποψη και είπε ότι η ποικιλία των οργανικών ενώσεων που μπορεί να υπάρχουν στους μετεωρίτες είναι πλέον γνωστό ότι είναι τεράστια. «Το ερώτημα έχει περιστραφεί περισσότερο στο να είναι: Γιατί είναι αυτά τα μόρια που έχουν αποδειχθεί σημαντικά για τη ζωή στη Γη;» είπε. Γιατί, για παράδειγμα, η επίγεια ζωή χρησιμοποιεί μόνο 20 από τις βαθμολογίες αμινοξέων που μπορούν να παραχθούν — και γιατί χρησιμοποιεί σχεδόν αποκλειστικά τις «αριστερόχειρες» δομές αυτών των μορίων όταν οι δομές «δεξιόχειρες» με καθρέφτη σχηματίζονται φυσικά σε ίση αφθονία; Αυτά μπορεί να είναι τα μυστήρια που κυριαρχούν στις χημικές μελέτες για τις αρχαιότερες προελεύσεις της ζωής στο μέλλον.
