Introduksjon
I 2021 leverte romoppdraget Hayabusa2 med suksess en bit av asteroiden 162173 Ryugu til jorden – fem gram av den eldste, mest uberørte materie som var igjen fra solsystemets dannelse for 4.5 milliarder år siden. I fjor vår avslørte forskere at den kjemiske sammensetningen av asteroiden inkluderer 10 aminosyrer, byggesteinene til proteiner. Oppdagelsen bidro til bevisene for at ursuppen som livet på jorden oppsto fra kan ha blitt krydret med aminosyrer fra biter av asteroider.
Men hvor kom disse aminosyrene fra? Aminosyrene som strømmer gjennom økosystemene våre er produkter av cellulær metabolisme, hovedsakelig i planter. Hvilken ikke-biologisk mekanisme kunne ha plassert dem i meteoritter og asteroider?
Forskere har tenkt på flere måter, og nylig arbeid av forskere i Japan peker på en betydelig ny en: en mekanisme som bruker gammastråler til å smi aminosyrer. Oppdagelsen deres gjør at det virker enda mer sannsynlig at meteoritter kan ha bidratt til livets opprinnelse på jorden.
Til tross for at de er en essensiell del av livets kjemi, er aminosyrer enkle molekyler som kan tilberedes kunstløst fra karbon-, oksygen- og nitrogenforbindelser hvis det er nok energi. For XNUMX år siden viste kjente eksperimenter av Stanley Miller og Harold Urey at en elektrisk utladning i en gassblanding av metan, ammoniakk og hydrogen (som på den tiden feilaktig ble antatt å etterligne jordens tidlige atmosfære) var alt som skulle til for å lage en blanding av organiske forbindelser som inkluderte aminosyrer. Senere laboratoriearbeid antydet at aminosyrer også potensielt kunne dannes i sedimenter nær hydrotermiske ventiler på havbunnen, og en funn i 2018 bekreftet at dette noen ganger forekommer.
Muligheten for at de opprinnelige aminosyrene kan ha kommet fra verdensrommet begynte å fange opp etter 1969, da to store meteoritter - Murchison-meteoritten i det vestlige Australia og Allende-meteoritten i Mexico - ble gjenfunnet umiddelbart etter deres nedslag. Begge var karbonholdige kondritter, en sjelden klasse meteoritter som ligner Ryugu som forskerne tror kom fra mindre isete kropper etter at solsystemet først ble dannet. Begge inneholdt også små, men betydelige mengder aminosyrer, selv om forskerne ikke kunne utelukke muligheten for at aminosyrene var forurensninger eller biprodukter av deres påvirkning.
Likevel visste romforskere at de iskalde støvlegemene som dannet karbonholdige kondritter sannsynligvis inneholdt vann, ammoniakk og små karbonmolekyler som aldehyder og metanol, så de elementære bestanddelene av aminosyrer ville ha vært tilstede. De trengte bare en energikilde for å lette reaksjonen. Eksperimentelt arbeid antydet at ultrafiolett stråling fra supernovaer kunne vært sterk nok til å gjøre det. Kollisjoner mellom støvlegemene kunne også ha varmet dem opp nok til å gi en lignende effekt.
"Vi vet mange måter å lage aminosyrer biologisk," sa Scott Sandford, en laboratorieastrofysiker ved NASAs Ames Research Center. "Og det er ingen grunn til å forvente at de ikke alle skjedde."
Nå er et team av forskere ved Yokohama National University i Japan ledet av kjemikerne Yoko Kebukawa og Kensei Kobayashi har vist at gammastråler også kunne ha produsert aminosyrene i kondritter. I sitt nye arbeid viste de at gammastråler fra radioaktive grunnstoffer i kondrittene - mest sannsynlig aluminium-26 - kunne omdanne karbon-, nitrogen- og oksygenforbindelsene til aminosyrer.
Selvfølgelig kan gammastråler ødelegge organiske forbindelser like lett som det kan lage dem. Men i det japanske teamets eksperimenter "var forbedringen av aminosyreproduksjonen av radioisotopene mer effektiv enn nedbrytning," sa Kebukawa, så gammastrålene produserte flere aminosyrer enn de ødela. Ut fra produksjonshastighetene som ble observert i eksperimentene deres, beregnet forskerne veldig grovt at gammastråler kunne ha økt konsentrasjonen av aminosyrer i en karbonholdig kondrittasteroide til nivåene sett i Murchison-meteoritten på så lite som 1,000 år eller så mange som 100,000 XNUMX .
Siden gammastråler, i motsetning til ultrafiolett lys, kan trenge dypt inn i det indre av en asteroide eller meteoritt, kan denne mekanismen ha ekstra relevans for livets opprinnelsesscenarier. "Det åpner opp et helt nytt miljø der aminosyrer kan lages," sa Sandford. Hvis meteoritter er store nok, "kan den midtre delen av dem overleve atmosfærisk inntreden selv om utsiden avtar," forklarte han. "Så du lager ikke bare [aminosyrer], men du lager dem på veien for å komme til en planet."
Introduksjon
Et krav til den nye mekanismen er at små mengder flytende vann må være tilstede for å støtte reaksjonene. Det kan virke som en betydelig begrensning - "Jeg kan lett forestille meg at folk tror at flytende vann nesten ikke eksisterer i rommiljøer," sa Kebukawa. Men karbonholdige kondrittmeteoritter er fulle av mineraler som hydratiserte silikater og karbonater som bare dannes i nærvær av vann, forklarte hun, og små mengder vann har til og med blitt funnet fanget inne i noen av mineralkornene i kondrittene.
Fra slike mineralogiske bevis, sa Vassilisa Vinogradoff, en astrokjemiker ved Aix-Marseille University i Frankrike, forskere vet at unge asteroider holdt betydelige mengder flytende vann. "Den vandige endringsfasen til disse kroppene, som er når de aktuelle aminosyrene ville ha hatt en sjanse til å dannes, var en periode på omtrent en million år," sa hun - mer enn lang nok til å produsere mengdene aminosyrer som ble observert i meteoritter.
Sandford bemerker at i eksperimenter han og andre forskere har utført, kan bestråling av isete blandinger som de i de primordiale interstellare molekylskyene gi opphav til tusenvis av forbindelser som er relevante for livet, inkludert sukker og nukleobaser, "og aminosyrer er praktisk talt alltid der i blande. Så universet ser ut til å være på en måte hard-wired for å lage aminosyrer."
Vinogradoff gjentok dette synet og sa at mangfoldet av organiske forbindelser som kan være til stede i meteoritter nå er kjent for å være stort. "Spørsmålet har dreid seg mer til å være: Hvorfor er disse molekylene de som har vist seg viktige for livet på jorden?" hun sa. Hvorfor bruker det jordiske livet bare 20 av de mange aminosyrene som kan produseres - og hvorfor bruker det nesten utelukkende de "venstrehendte" strukturene til disse molekylene når speilbildet "høyrehendte" strukturer naturlig form i lik overflod? Det kan være mysteriene som dominerer kjemiske studier av livets tidligste opprinnelse i fremtiden.
