Bevezetés
2021-ben a Hayabusa2 űrmisszió sikeresen eljuttatott a Földre egy falatnyi 162173 Ryugu nevű aszteroidát – öt grammot a legrégebbi, legérintetlenebb anyagból, amely a Naprendszer 4.5 milliárd évvel ezelőtti keletkezéséből maradt vissza. Tavaly tavasszal a tudósok felfedték, hogy az aszteroida kémiai összetétele 10 aminosavat tartalmaz, amelyek a fehérjék építőkövei. A felfedezés tovább gyarapította a bizonyítékot, hogy az őslevest, amelyből a Földön élet keletkezett, aszteroidadarabokból származó aminosavakkal ízesíthették.
De honnan származnak ezek az aminosavak? Az ökoszisztémánkon átáramló aminosavak a sejtek anyagcseréjének termékei, főleg növényekben. Milyen nem biológiai mechanizmus helyezhette őket meteoritokba és aszteroidákba?
A tudósok többféle módon gondolkodtak, és legutóbbi munka A japán kutatók egy jelentős újdonságra mutatnak rá: egy olyan mechanizmusra, amely gamma-sugarakat használ aminosavak kovácsolására. Felfedezésük még valószínűbbnek tűnik, hogy a meteoritok hozzájárulhattak a földi élet kialakulásához.
Annak ellenére, hogy az aminosavak az élet kémiájának alapvető részét képezik, egyszerű molekulák, amelyek elegendő energia esetén művészet nélkül főzhetők ki szén-, oxigén- és nitrogénvegyületekből. Hetven évvel ezelőtt Stanley Miller és Harold Urey híres kísérletei bebizonyították, hogy egy metán, ammónia és hidrogén gáznemű keverékében (amiről akkoriban helytelenül úgy gondolták, hogy a Föld korai légkörét utánozták) elég egy elektromos kisülés a aminosavakat tartalmazó szerves vegyületek. A későbbi laboratóriumi vizsgálatok azt sugallták, hogy aminosavak potenciálisan az üledékekben is képződhetnek a tengerfenéken lévő hidrotermális nyílások közelében, és 2018-ben fedezték fel megerősítette, hogy ez néha előfordul.
Az a lehetőség, hogy az eredeti aminosavak az űrből származhattak, 1969 után kezdett megragadni, amikor két nagy meteoritot – a nyugat-ausztráliai Murchison meteoritot és a mexikói Allende meteoritot – azonnal megtalálták a becsapódásuk után. Mindkettő széntartalmú kondrit volt, a Ryugu-ra emlékeztető meteoritok ritka osztálya, amely a tudósok szerint kisebb jeges testekből gyűlt össze, miután a Naprendszer először kialakult. Mindkettő kis, de jelentős mennyiségű aminosavat is tartalmazott, bár a tudósok nem tudták kizárni, hogy az aminosavak szennyező anyagok vagy hatásuk melléktermékei.
Ennek ellenére az űrkutatók tudták, hogy a széntartalmú kondritokat alkotó jeges portestek valószínűleg vizet, ammóniát és kis szénmolekulákat, például aldehideket és metanolt tartalmaznak, így az aminosavak elemi összetevői is jelen voltak. Csak egy energiaforrásra volt szükségük, hogy megkönnyítsék a reakciót. Kísérleti munkák azt sugallták, hogy a szupernóvák ultraibolya sugárzása elég erős lehetett ehhez. A portestek ütközései is felmelegíthették őket annyira, hogy hasonló hatást váltsanak ki.
„Sok módszert ismerünk az aminosavak abiológiai előállítására” – mondta Scott Sandford, a NASA Ames Kutatóközpontjának laboratóriumi asztrofizikusa. – És nincs okunk arra számítani, hogy mindez nem történt meg.
Most a japán Yokohama Nemzeti Egyetem kutatócsoportja a vegyészek vezetésével Yoko Kebukawa és a Kensei Kobayashi kimutatták, hogy a gamma-sugarak is előállíthatták a kondritokban lévő aminosavakat. Új munkájukban kimutatták, hogy a kondritokban lévő radioaktív elemekből származó gamma-sugarak – valószínűleg az alumínium-26 – képesek a szén-, nitrogén- és oxigénvegyületeket aminosavakká alakítani.
Természetesen a gamma-sugarak ugyanolyan könnyen elpusztíthatják a szerves vegyületeket, mint amennyire előállíthatják azokat. De a japán csapat kísérleteiben „az aminosavtermelés fokozása a radioizotópok által hatékonyabb volt, mint a lebontás” – mondta Kebukawa, így a gamma-sugárzás több aminosavat termelt, mint amennyit elpusztított. A kísérleteik során megfigyelt termelési rátákból a kutatók nagyon durván kiszámították, hogy a gamma-sugarak akár 1,000 év alatt, vagy akár 100,000 XNUMX éven belül a Murchison meteoritban észlelt szintre emelhették volna az aminosavak koncentrációját egy széntartalmú kondrit aszteroidában. .
Mivel a gamma-sugárzás az ultraibolya fénnyel ellentétben mélyen behatol egy aszteroida vagy meteorit belsejébe, ennek a mechanizmusnak különös jelentősége lehet az élet eredetének forgatókönyvei szempontjából. "Ez egy teljesen új környezetet nyit meg, amelyben aminosavak állíthatók elő" - mondta Sandford. Ha a meteoritok elég nagyok, „a középső részük túlélheti a légköri behatolást, még akkor is, ha a külső kiürül” – magyarázta. "Tehát nem csak [aminosavakat] állítasz elő, hanem egy bolygóhoz vezető úton is előállítod őket."
Bevezetés
Az új mechanizmus egyik követelménye, hogy kis mennyiségű folyékony víznek jelen kell lennie a reakciók támogatásához. Ez jelentős korlátnak tűnhet – „Könnyen el tudom képzelni, hogy az emberek azt gondolják, hogy folyékony víz alig létezik az űrben” – mondta Kebukawa. De a széntartalmú kondrit meteoritok tele vannak ásványi anyagokkal, például hidratált szilikátokkal és karbonátokkal, amelyek csak víz jelenlétében képződnek, magyarázta, és kis mennyiségű vizet is találtak a kondritokban lévő ásványi szemcsék némelyikében.
Ilyen ásványtani bizonyítékokból, mondta Vassilissa Vinogradoff, a francia Aix-Marseille Egyetem asztrokémikusa, a tudósok tudják, hogy a fiatal aszteroidák jelentős mennyiségű folyékony vizet tartalmaztak. "E testek vizes átalakulási fázisa, amikor a kérdéses aminosavak kialakulhattak volna, körülbelül egymillió éves periódus volt" - mondta, ami több mint elég hosszú ahhoz, hogy a megfigyelt aminosavak mennyiségét előállítsák. meteoritokban.
Sandford megjegyzi, hogy az általa és más kutatók által végzett kísérletekben az olyan jeges keverékek besugárzása, mint amilyenek az őscsillagközi molekulafelhőkben találhatók, több ezer, az élet szempontjából releváns vegyületet eredményezhet, beleértve a cukrokat és a nukleobázisokat, „és az aminosavak gyakorlatilag mindig jelen vannak keverd össze. Tehát úgy tűnik, hogy az univerzum egyfajta kemény vezetékkel rendelkezik az aminosavak előállítására.”
Vinogradoff megerősítette ezt a nézetet, és azt mondta, hogy a meteoritokban jelen lévő szerves vegyületek sokfélesége ma már ismert, hogy hatalmas. „A kérdés inkább a következőre irányult: Miért ezek a molekulák azok, amelyek fontosnak bizonyultak a földi élet szempontjából?” azt mondta. Miért például a földi élet csak 20-at használ fel az előállítható aminosavak közül – és miért használja szinte kizárólag ezeknek a molekuláknak a „balkezes” szerkezetét, amikor a tükörkép „jobbkezes” struktúrákat természetesen egyenlő bőségben képződnek? Ezek lehetnek azok a rejtélyek, amelyek a jövőben uralják az élet legkorábbi eredetének kémiai tanulmányait.
