Introduzione
Nel 2021, la missione spaziale Hayabusa2 ha consegnato con successo un frammento dell’asteroide 162173 Ryugu sulla Terra: cinque grammi della materia più antica e incontaminata rimasta dalla formazione del sistema solare 4.5 miliardi di anni fa. La primavera scorsa, gli scienziati hanno rivelato che la composizione chimica dell'asteroide comprende 10 aminoacidi, gli elementi costitutivi delle proteine. La scoperta ha aggiunto prove che il brodo primordiale da cui è nata la vita sulla Terra potrebbe essere stato condito con amminoacidi provenienti da pezzi di asteroidi.
Ma da dove provengono questi aminoacidi? Gli amminoacidi che fluiscono attraverso i nostri ecosistemi sono prodotti del metabolismo cellulare, soprattutto nelle piante. Quale meccanismo non biologico potrebbe averli inseriti nei meteoriti e negli asteroidi?
Gli scienziati hanno pensato a diversi modi e lavoro recente da ricercatori in Giappone ne indica uno nuovo e significativo: un meccanismo che utilizza i raggi gamma per forgiare amminoacidi. La loro scoperta fa sembrare ancora più probabile che i meteoriti possano aver contribuito all’origine della vita sulla Terra.
Nonostante il loro prestigio come parte essenziale della chimica della vita, gli amminoacidi sono molecole semplici che possono essere ottenute senza alcuna arte da composti di carbonio, ossigeno e azoto se c’è sufficiente energia. Settant'anni fa, i famosi esperimenti di Stanley Miller e Harold Urey dimostrarono che una scarica elettrica in una miscela gassosa di metano, ammoniaca e idrogeno (che all'epoca si pensava erroneamente imitasse l'atmosfera primordiale della Terra) era tutto ciò che serviva per creare una miscela di composti organici che contengono amminoacidi. Successivi lavori di laboratorio hanno suggerito che gli amminoacidi potrebbero potenzialmente formarsi anche nei sedimenti vicino alle sorgenti idrotermali sul fondale marino. scoperta nel 2018 confermato che questo a volte si verifica.
La possibilità che gli amminoacidi originali potessero provenire dallo spazio cominciò a prendere piede dopo il 1969, quando due grandi meteoriti – il meteorite Murchison nell’Australia occidentale e il meteorite Allende in Messico – furono recuperati subito dopo il loro impatto. Entrambi erano condriti carboniose, una rara classe di meteoriti simili a Ryugu che gli scienziati ritengono si siano accumulati da corpi ghiacciati più piccoli dopo la prima formazione del sistema solare. Entrambi contenevano anche piccole ma significative quantità di aminoacidi, sebbene gli scienziati non potessero escludere la possibilità che gli amminoacidi fossero contaminanti o sottoprodotti del loro impatto.
Tuttavia, gli scienziati spaziali sapevano che i corpi di polvere ghiacciata che formavano le condriti carboniose probabilmente contenevano acqua, ammoniaca e piccole molecole di carbonio come aldeidi e metanolo, quindi sarebbero stati presenti i costituenti elementari degli amminoacidi. Avevano bisogno solo di una fonte di energia per facilitare la reazione. Il lavoro sperimentale ha suggerito che la radiazione ultravioletta delle supernove avrebbe potuto essere abbastanza forte per farlo. Anche le collisioni tra i corpi di polvere potrebbero averli riscaldati abbastanza da produrre un effetto simile.
"Conosciamo molti modi per produrre aminoacidi in modo biologico", ha detto Scott Sandford, un astrofisico di laboratorio presso l’Ames Research Center della NASA. “E non c’è motivo di aspettarsi che non siano accaduti tutti”.
Ora un team di ricercatori dell'Università Nazionale di Yokohama in Giappone guidato dai chimici Yoko Kebukawa ed Kensei Kobayashi hanno dimostrato che i raggi gamma potrebbero anche aver prodotto gli amminoacidi nelle condriti. Nel loro nuovo lavoro, hanno dimostrato che i raggi gamma degli elementi radioattivi nelle condriti – molto probabilmente l’alluminio-26 – potrebbero convertire i composti di carbonio, azoto e ossigeno in amminoacidi.
Naturalmente, i raggi gamma possono distruggere i composti organici con la stessa facilità con cui li producono. Ma negli esperimenti del team giapponese, “il miglioramento della produzione di amminoacidi da parte dei radioisotopi è stato più efficace della decomposizione”, ha detto Kebukawa, quindi i raggi gamma hanno prodotto più amminoacidi di quanti ne hanno distrutti. Dai tassi di produzione osservati nei loro esperimenti, i ricercatori hanno calcolato in modo molto approssimativo che i raggi gamma avrebbero potuto aumentare la concentrazione di aminoacidi in un asteroide di condrite carboniosa ai livelli osservati nel meteorite Murchison in appena 1,000 anni o fino a 100,000 anni. .
Poiché i raggi gamma, a differenza della luce ultravioletta, possono penetrare in profondità all’interno di un asteroide o di un meteorite, questo meccanismo potrebbe avere particolare rilevanza per gli scenari dell’origine della vita. "Si apre un ambiente completamente nuovo in cui è possibile produrre aminoacidi", ha affermato Sandford. Se i meteoriti fossero abbastanza grandi, “la parte centrale potrebbe sopravvivere all’ingresso nell’atmosfera anche se la parte esterna si asporta”, ha spiegato. "Quindi non stai solo producendo [amminoacidi] ma li stai producendo lungo il percorso per raggiungere un pianeta."
Introduzione
Un requisito del nuovo meccanismo è che siano presenti piccole quantità di acqua liquida per supportare le reazioni. Potrebbe sembrare una limitazione significativa: “Posso facilmente immaginare che le persone pensino che l’acqua liquida difficilmente esista negli ambienti spaziali”, ha detto Kebukawa. Ma i meteoriti di condrite carboniosa sono pieni di minerali come silicati idrati e carbonati che si formano solo in presenza di acqua, ha spiegato, e piccole quantità di acqua sono state trovate intrappolate all'interno di alcuni grani minerali delle condriti.
Da tali prove mineralogiche, ha detto Vassilissa Vinogradoff, astrochimico dell'Università di Aix-Marseille in Francia, gli scienziati sanno che i giovani asteroidi contenevano quantità significative di acqua liquida. "La fase di alterazione acquosa di questi corpi, che è quella in cui gli amminoacidi in questione avrebbero avuto la possibilità di formarsi, era un periodo di circa un milione di anni", ha detto - più che sufficiente per produrre le quantità di amminoacidi osservate. nei meteoriti.
Sandford osserva che negli esperimenti condotti da lui e da altri ricercatori, l'irradiazione di miscele ghiacciate come quelle presenti nelle nubi molecolari interstellari primordiali può dare origine a migliaia di composti rilevanti per la vita, inclusi zuccheri e basi azotate, "e gli amminoacidi sono praticamente sempre presenti nell'atmosfera." mescolare. Quindi l’universo sembra essere predisposto per produrre amminoacidi”.
Vinogradoff ha fatto eco a questo punto di vista e ha affermato che è ormai noto che la diversità dei composti organici che possono essere presenti nei meteoriti è vasta. “La domanda è diventata: perché queste molecole sono quelle che si sono rivelate importanti per la vita sulla Terra?” lei disse. Perché, ad esempio, la vita terrestre utilizza solo 20 delle decine di amminoacidi che possono essere prodotti – e perché utilizza quasi esclusivamente le strutture “levogire” di quelle molecole quando le strutture “destrogire” speculari si formano naturalmente in uguale abbondanza? Questi potrebbero essere i misteri che dominano gli studi chimici sulle prime origini della vita nel futuro.
