esittely
Vuonna 2021 Hayabusa2-avaruustehtävä toimitti onnistuneesti palan asteroidia 162173 Ryugua Maahan – viisi grammaa vanhimmasta, koskemattomimmasta aineesta, joka jäi jäljelle aurinkokunnan muodostumisesta 4.5 miljardia vuotta sitten. Viime keväänä tutkijat paljastivat, että asteroidin kemiallinen koostumus sisältää 10 aminohappoa, proteiinien rakennuspalikoita. Löytö lisäsi todisteita siitä, että ikiaikainen keitto, josta elämä maapallolla syntyi, saattoi olla maustettu asteroidien palasista peräisin olevilla aminohapoilla.
Mutta mistä nämä aminohapot ovat peräisin? Ekosysteemiemme läpi virtaavat aminohapot ovat solujen aineenvaihdunnan tuotteita, pääasiassa kasveissa. Mikä ei-biologinen mekanismi olisi voinut laittaa ne meteoriitteihin ja asteroideihin?
Tiedemiehet ovat miettineet useita tapoja, ja viimeaikaisia töitä Japanilaiset tutkijat viittaavat merkittävään uuteen: mekanismiin, joka käyttää gammasäteitä aminohappojen muodostamiseen. Heidän löytönsä tekee vieläkin todennäköisemmältä, että meteoriitit olisivat voineet myötävaikuttaa elämän syntymiseen maapallolla.
Huolimatta siitä, että aminohapot ovat olennainen osa elämän kemiaa, ne ovat yksinkertaisia molekyylejä, jotka voidaan keittää taidottomasti hiili-, happi- ja typpiyhdisteistä, jos energiaa on riittävästi. Seitsemänkymmentä vuotta sitten Stanley Millerin ja Harold Ureyn kuuluisat kokeet osoittivat, että sähköpurkaus metaanin, ammoniakin ja vedyn kaasumaisessa seoksessa (jonka tuolloin epäiltiin virheellisesti jäljittelevän Maan varhaista ilmakehää) riitti vain seoksen tekemiseen. orgaaniset yhdisteet, jotka sisälsivät aminohappoja. Myöhemmät laboratoriotyöt ehdottivat, että aminohappoja voisi muodostua myös sedimentteihin lähellä merenpohjan hydrotermisiä aukkoja. löytö vuonna 2018 vahvisti, että näin tapahtuu joskus.
Mahdollisuus, että alkuperäiset aminohapot saattoivat tulla avaruudesta, alkoi tarttua vuoden 1969 jälkeen, kun kaksi suurta meteoriittia – Murchisonin meteoriitti Länsi-Australiassa ja Allenden meteoriitti Meksikossa – löydettiin heti niiden törmäyksen jälkeen. Molemmat olivat hiilipitoisia kondriitteja, harvinainen ryugua muistuttava meteoriittiluokka, jonka tutkijat uskovat kertyneen pienemmistä jäisistä kappaleista aurinkokunnan ensimmäisen muodostumisen jälkeen. Molemmat sisälsivät myös pieniä, mutta merkittäviä määriä aminohappoja, vaikka tutkijat eivät voineet sulkea pois mahdollisuutta, että aminohapot olivat kontaminantteja tai niiden vaikutuksen sivutuotteita.
Silti avaruustutkijat tiesivät, että jäiset pölykappaleet, jotka muodostivat hiilipitoisia kondriitteja, sisälsivät todennäköisesti vettä, ammoniakkia ja pieniä hiilimolekyylejä, kuten aldehydejä ja metanolia, joten aminohappojen alkuaineosat olisivat olleet läsnä. He tarvitsivat vain energialähteen reaktion helpottamiseksi. Kokeellinen tutkimus ehdotti, että supernovien ultraviolettisäteily olisi voinut olla riittävän voimakas tekemään sen. Myös pölykappaleiden väliset törmäykset olisivat saattaneet lämmittää niitä riittävästi saadakseen samanlaisen vaikutuksen.
"Tiedämme monia tapoja valmistaa aminohappoja abiologisesti", sanoi Scott Sandford, laboratorioastrofyysikko NASAn Ames Research Centerissä. "Eikä ole mitään syytä odottaa, etteivät ne kaikki tapahtuisi."
Nyt kemistien johtama tutkijaryhmä Yokohaman kansallisessa yliopistossa Japanissa Yoko Kebukawa ja Kensei Kobayashi ovat osoittaneet, että gammasäteet ovat saattaneet myös tuottaa kondriiteissa olevia aminohappoja. Uudessa työssään he osoittivat, että kondriittien radioaktiivisten elementtien gammasäteet - luultavasti alumiini-26 - voivat muuttaa hiili-, typpi- ja happiyhdisteet aminohapoiksi.
Tietenkin gammasäteet voivat tuhota orgaanisia yhdisteitä yhtä helposti kuin ne voivat tehdä niitä. Mutta japanilaisen ryhmän kokeissa "radioisotooppien aminohappotuotannon tehostaminen oli tehokkaampaa kuin hajoaminen", Kebukawa sanoi, joten gammasäteet tuottivat enemmän aminohappoja kuin tuhosivat. Kokeissa havaittujen tuotantonopeuksien perusteella tutkijat laskivat hyvin karkeasti, että gammasäteet olisivat voineet nostaa hiilipitoisen kondriittiasteroidin aminohappopitoisuuden Murchisonin meteoriitissa havaittulle tasolle vain 1,000 100,000 vuodessa tai jopa XNUMX XNUMX vuodessa. .
Koska gammasäteet, toisin kuin ultraviolettivalo, voivat tunkeutua syvälle asteroidin tai meteoriitin sisäpuolelle, tällä mekanismilla voi olla erityistä merkitystä elämän syntyskenaarioissa. "Se avaa kokonaan uuden ympäristön, jossa aminohappoja voidaan valmistaa", Sandford sanoi. Jos meteoriitit ovat riittävän suuria, "niiden keskiosa voi selviytyä ilmakehän sisäänpääsystä, vaikka ulkopuoli hajoaisi", hän selitti. "Joten et vain tuota [aminohappoja], vaan teet niitä matkalla päästäksesi planeetalle."
esittely
Yksi uuden mekanismin vaatimus on, että läsnä on oltava pieniä määriä nestemäistä vettä tukemaan reaktioita. Se saattaa tuntua merkittävältä rajoitukselta - "Voin helposti kuvitella, että ihmiset ajattelevat, että nestemäistä vettä tuskin on avaruusympäristöissä", Kebukawa sanoi. Mutta hiilipitoiset kondriittimeteoriitit ovat täynnä mineraaleja, kuten hydratoituja silikaatteja ja karbonaatteja, joita muodostuu vain veden läsnä ollessa, hän selitti, ja pieniä määriä vettä on jopa löydetty loukkuun joidenkin kondriittien mineraalirakeiden sisällä.
Tällaisista mineralogisista todisteista, sanoi Vassilissa Vinogradoff, astrokemisti Aix-Marseillen yliopistossa Ranskassa, tutkijat tietävät, että nuoret asteroidit sisälsivät merkittäviä määriä nestemäistä vettä. "Näiden kappaleiden vesipitoinen muutosvaihe, jolloin kyseisillä aminohapoilla olisi ollut mahdollisuus muodostua, kesti noin miljoona vuotta", hän sanoi - enemmän kuin tarpeeksi pitkä tuottamaan havaitut aminohappomäärät. meteoriiteissa.
Sandford huomauttaa, että hänen ja muiden tutkijoiden suorittamissa kokeissa jääseosten, kuten alkutähtienvälisten molekyylipilvien, säteilytys voi synnyttää tuhansia elämän kannalta tärkeitä yhdisteitä, mukaan lukien sokereita ja nukleoemäksiä, "ja aminohappoja on käytännössä aina sekoita. Joten maailmankaikkeus näyttää olevan tavallaan kova lanka valmistamaan aminohappoja."
Vinogradoff toisti tämän näkemyksen ja sanoi, että meteoriiteissa mahdollisesti olevien orgaanisten yhdisteiden monimuotoisuuden tiedetään nyt olevan valtava. "Kysymys on muuttunut enemmän: miksi nämä molekyylit ovat niitä, jotka ovat osoittautuneet tärkeiksi elämälle maapallolla?" hän sanoi. Miksi esimerkiksi maanpäällinen elämä käyttää vain 20:tä niistä aminohapoista, jotka voidaan tuottaa – ja miksi se käyttää lähes yksinomaan näiden molekyylien "vasenkätisiä" rakenteita, kun peilikuva "oikeakätinen" muodostuvat luonnollisesti yhtä paljon? Nämä voivat olla mysteereitä, jotka hallitsevat tulevaisuudessa elämän varhaisimman alkuperän kemiallisia tutkimuksia.
