در درون سیارک‌های باستانی، اشعه گاما بلوک‌های ساختمانی از زندگی را ساخت

در سال 2021، ماموریت فضایی Hayabusa2 لقمه‌ای از سیارک 162173 Ryugu را با موفقیت به زمین تحویل داد - پنج گرم از قدیمی‌ترین و بکرترین ماده باقی مانده از شکل‌گیری منظومه شمسی در 4.5 میلیارد سال پیش. بهار گذشته، دانشمندان فاش کردند که ترکیب شیمیایی این سیارک شامل 10 اسید آمینه، بلوک های سازنده پروتئین ها است. این کشف به شواهدی اضافه کرد که نشان می‌دهد سوپ اولیه‌ای که حیات روی زمین از آن پدید آمده احتمالاً با اسیدهای آمینه تکه‌های سیارک چاشنی شده است.

اما این اسیدهای آمینه از کجا آمده اند؟ اسیدهای آمینه ای که در اکوسیستم های ما جریان دارند، محصولات متابولیسم سلولی، عمدتاً در گیاهان هستند. چه مکانیسم غیرزیستی می تواند آنها را در شهاب سنگ ها و سیارک ها قرار دهد؟

دانشمندان راه های مختلفی اندیشیده اند و کار اخیر توسط محققان ژاپنی به یک مکانیسم مهم اشاره می کند: مکانیزمی که از پرتوهای گاما برای جعل اسیدهای آمینه استفاده می کند. کشف آنها این احتمال را بیشتر می‌کند که شهاب‌سنگ‌ها می‌توانستند در پیدایش حیات روی زمین نقش داشته باشند.

علیرغم اینکه آمینو اسیدها جزء ضروری شیمی زندگی هستند، مولکول‌های ساده‌ای هستند که در صورت وجود انرژی کافی، می‌توانند بدون هنر از ترکیبات کربن، اکسیژن و نیتروژن پخته شوند. هفتاد سال پیش، آزمایش‌های معروف استنلی میلر و هارولد یوری ثابت کرد که تخلیه الکتریکی در مخلوط گازی متان، آمونیاک و هیدروژن (که در آن زمان به اشتباه تصور می‌شد جو اولیه زمین را تقلید می‌کند) تنها چیزی است که برای ایجاد مخلوطی از زمین لازم است. ترکیبات آلی که شامل اسیدهای آمینه است. کار آزمایشگاهی بعدی نشان داد که اسیدهای آمینه همچنین می توانند به طور بالقوه در رسوبات نزدیک دریچه های گرمابی در کف دریا تشکیل شوند. کشف در سال 2018 تایید کرد که گاهی اوقات این اتفاق می افتد.

این احتمال که آمینو اسیدهای اصلی ممکن است از فضا آمده باشند پس از سال 1969 آغاز شد، زمانی که دو شهاب سنگ بزرگ - شهاب سنگ مورچیسون در غرب استرالیا و شهاب سنگ آلنده در مکزیک - بلافاصله پس از برخورد آنها کشف شدند. هر دوی آنها کندریت‌های کربنی بودند، دسته‌ای از شهاب‌سنگ‌های نادر شبیه ریوگو که دانشمندان فکر می‌کنند پس از اولین شکل‌گیری منظومه شمسی از اجسام یخی کوچک‌تر به وجود آمده‌اند. هر دو همچنین حاوی مقادیر کم اما قابل توجهی از اسیدهای آمینه بودند، اگرچه دانشمندان نمی‌توانستند این احتمال را که آمینو اسیدها آلاینده‌ها یا محصولات جانبی تأثیر آنها هستند رد کنند.

با این حال، دانشمندان فضایی می‌دانستند که اجسام غبار یخی که کندریت‌های کربنی را تشکیل می‌دهند احتمالاً حاوی آب، آمونیاک و مولکول‌های کوچک کربن مانند آلدئیدها و متانول هستند، بنابراین ترکیبات عنصری اسیدهای آمینه وجود داشته‌اند. آنها فقط به یک منبع انرژی برای تسهیل واکنش نیاز داشتند. کار تجربی نشان داد که تشعشعات فرابنفش ابرنواخترها می‌توانست به اندازه کافی قوی باشد که این کار را انجام دهد. برخورد بین اجسام گرد و غبار نیز می تواند آنها را به اندازه کافی گرم کند تا اثر مشابهی ایجاد کند.

ما راه های زیادی برای ساختن اسیدهای آمینه به صورت بیولوژیکی می دانیم اسکات سندفورد، اخترفیزیکدان آزمایشگاهی در مرکز تحقیقات ایمز ناسا. "و هیچ دلیلی وجود ندارد که انتظار داشته باشیم که همه آنها اتفاق نیفتند."

اکنون تیمی از محققان دانشگاه ملی یوکوهاما در ژاپن به رهبری شیمیدانان یوکو کبوکاوا و کنسی کوبایاشی نشان داده اند که پرتوهای گاما می توانند اسیدهای آمینه موجود در کندریت ها را نیز تولید کنند. آنها در کار جدید خود نشان دادند که پرتوهای گاما از عناصر رادیواکتیو در کندریت ها - احتمالاً آلومینیوم 26 - می تواند ترکیبات کربن، نیتروژن و اکسیژن را به اسیدهای آمینه تبدیل کند.

البته، اشعه گاما می تواند ترکیبات آلی را به همان راحتی که می تواند آنها را بسازد، از بین ببرد. اما در آزمایش‌های تیم ژاپنی، «افزایش تولید اسید آمینه توسط رادیو ایزوتوپ‌ها مؤثرتر از تجزیه بود»، کبوکاوا گفت، بنابراین پرتوهای گاما بیشتر از آن‌که از بین می‌برند، آمینو اسید تولید می‌کنند. محققان با توجه به سرعت تولید مشاهده شده در آزمایشات خود، تقریباً محاسبه کردند که اشعه گاما می تواند غلظت اسیدهای آمینه را در یک سیارک کندریتی کربن دار به سطوحی که در شهاب سنگ مورچیسون در کمتر از 1,000 سال یا تا 100,000 مشاهده می شود افزایش دهد. .

از آنجایی که پرتوهای گاما، بر خلاف نور فرابنفش، می توانند به اعماق درون یک سیارک یا شهاب سنگ نفوذ کنند، این مکانیسم می تواند ارتباط بیشتری با سناریوهای منشأ حیات داشته باشد. سندفورد گفت: "این یک محیط کاملاً جدید را باز می کند که در آن اسیدهای آمینه می توانند ساخته شوند." او توضیح داد که اگر شهاب‌سنگ‌ها به اندازه کافی بزرگ باشند، «قسمت میانی آن‌ها می‌تواند از ورود اتمسفر جان سالم به در ببرد، حتی اگر بیرون از بین برود». بنابراین شما نه تنها [اسیدهای آمینه] را می سازید، بلکه آنها را در مسیر رسیدن به یک سیاره می سازید.

یکی از الزامات مکانیسم جدید این است که مقادیر کمی آب مایع برای پشتیبانی از واکنش ها باید وجود داشته باشد. کبوکاوا گفت: "من به راحتی می توانم تصور کنم که مردم فکر می کنند آب مایع به سختی در محیط های فضایی وجود دارد." او توضیح داد، اما شهاب‌سنگ‌های کندریتی کربن دار مملو از مواد معدنی مانند سیلیکات‌های هیدراته و کربنات‌ها هستند که فقط در حضور آب تشکیل می‌شوند و حتی مقادیر بسیار کمی آب در داخل برخی از دانه‌های معدنی کندریت‌ها به دام افتاده است.

از چنین شواهد کانی شناسی، گفت واسیلیسا وینوگرادوفاختر شیمیدان در دانشگاه اکس مارسی در فرانسه، دانشمندان می دانند که سیارک های جوان مقادیر قابل توجهی آب مایع در خود نگه می دارند. او گفت: «مرحله دگرسانی آبی این اجسام، یعنی زمانی که آمینو اسیدهای مورد بحث فرصت شکل‌گیری داشتند، یک دوره زمانی حدود یک میلیون سال بود که بیش از آنقدر طولانی بود که مقدار اسیدهای آمینه مشاهده‌شده را تولید کرد. در شهاب سنگ ها

سندفورد خاطرنشان می‌کند که در آزمایش‌هایی که او و سایر محققان انجام داده‌اند، تابش مخلوط‌های یخی مانند آن‌ها در ابرهای مولکولی بین‌ستاره‌ای اولیه می‌تواند باعث ایجاد هزاران ترکیب مرتبط با حیات، از جمله قندها و بازهای هسته‌ای شود، و اسیدهای آمینه تقریباً همیشه در مخلوط کردن. بنابراین به نظر می رسد که جهان برای ساخت اسیدهای آمینه به نوعی سیم کشی شده است.

وینوگرادوف این دیدگاه را تکرار کرد و گفت که تنوع ترکیبات آلی موجود در شهاب‌سنگ‌ها اکنون بسیار زیاد است. این سوال بیشتر مطرح شده است: چرا این مولکول‌ها همان مولکول‌هایی هستند که برای حیات روی زمین مهم هستند؟ او گفت. به عنوان مثال، چرا حیات زمینی تنها از 20 آمینو اسید قابل تولید استفاده می کند - و چرا تقریباً به طور انحصاری از ساختارهای "چپ دست" آن مولکول ها استفاده می کند، زمانی که ساختارهای "راست دست" شبیه آینه است. به طور طبیعی به وفور برابر تشکیل می شود؟ اینها ممکن است اسرار غالب بر مطالعات شیمیایی در مورد منشأهای اولیه حیات در آینده باشند.