În interiorul asteroizilor antici, razele Gamma au făcut elemente de construcție ale vieții

În 2021, misiunea spațială Hayabusa2 a livrat cu succes o bucată din asteroidul 162173 Ryugu pe Pământ - cinci grame din cea mai veche și mai curată materie rămasă de la formarea sistemului solar acum 4.5 miliarde de ani. În primăvara anului trecut, oamenii de știință au dezvăluit că compoziția chimică a asteroidului include 10 aminoacizi, blocurile de construcție ale proteinelor. Descoperirea s-a adăugat la dovezile că supa primordială din care a apărut viața pe Pământ ar putea fi asezonată cu aminoacizi din bucăți de asteroizi.

Dar de unde au venit acești aminoacizi? Aminoacizii care curg prin ecosistemele noastre sunt produse ale metabolismului celular, mai ales în plante. Ce mecanism nonbiologic i-ar fi putut pune în meteoriți și asteroizi?

Oamenii de știință s-au gândit la mai multe moduri și munca recenta de către cercetătorii din Japonia indică unul nou semnificativ: un mecanism care folosește razele gamma pentru a forma aminoacizi. Descoperirea lor face să pară și mai probabil că meteoriții ar fi putut contribui la originea vieții pe Pământ.

În ciuda faptului că sunt o parte esențială a chimiei vieții, aminoacizii sunt molecule simple care pot fi gătite fără îndoială din compuși de carbon, oxigen și azot, dacă există suficientă energie. În urmă cu șaptezeci de ani, experimentele celebre ale lui Stanley Miller și Harold Urey au demonstrat că o descărcare electrică într-un amestec gazos de metan, amoniac și hidrogen (despre care la acea vreme se credea în mod incorect că imită atmosfera timpurie a Pământului) era tot ce era nevoie pentru a face un amestec de compuși organici care includ aminoacizi. Lucrările de laborator ulterioare au sugerat că aminoacizii s-ar putea forma și în sedimentele din apropierea gurilor hidrotermale de pe fundul mării și un descoperire în 2018 a confirmat că acest lucru se întâmplă uneori.

Posibilitatea ca aminoacizii originali să fi venit din spațiu a început să se manifeste după 1969, când doi meteoriți mari - meteoritul Murchison din vestul Australiei și meteoritul Allende din Mexic - au fost recuperați imediat după impactul lor. Ambele erau condrite carbonice, o clasă rară de meteoriți asemănătoare lui Ryugu, despre care oamenii de știință cred că s-au acumulat din corpuri mai mici de gheață după formarea sistemului solar. Ambele conțineau și cantități mici, dar semnificative de aminoacizi, deși oamenii de știință nu au putut exclude posibilitatea ca aminoacizii să fie contaminanți sau produse secundare ale impactului lor.

Totuși, oamenii de știință spațiali știau că corpurile de praf înghețate care au format condrite carbonice erau susceptibile să conțină apă, amoniac și molecule mici de carbon precum aldehidele și metanolul, astfel încât constituenții elementali ai aminoacizilor ar fi fost prezenți. Aveau nevoie doar de o sursă de energie pentru a facilita reacția. Lucrările experimentale au sugerat că radiațiile ultraviolete de la supernove ar fi putut fi suficient de puternice pentru a face acest lucru. Ciocnirile dintre corpurile de praf le-ar fi putut, de asemenea, încălzi suficient pentru a produce un efect similar.

„Cunoaștem o mulțime de moduri de a produce aminoacizi în mod abiologic”, a spus Scott Sandford, un astrofizician de laborator la Centrul de Cercetare Ames al NASA. „Și nu există niciun motiv să ne așteptăm că nu s-au întâmplat toate.”

Acum o echipă de cercetători de la Universitatea Națională Yokohama din Japonia condusă de chimiști Yoko Kebukawa și Kensei Kobayashi au arătat că razele gamma ar fi putut produce și aminoacizii din condrite. În noua lor lucrare, ei au arătat că razele gamma din elementele radioactive din condrite - cel mai probabil aluminiu-26 - ar putea transforma compușii de carbon, azot și oxigen în aminoacizi.

Desigur, razele gamma pot distruge compușii organici la fel de ușor cum îi poate produce. Dar, în experimentele echipei japoneze, „îmbunătățirea producției de aminoacizi de către radioizotopi a fost mai eficientă decât descompunerea”, a spus Kebukawa, astfel încât razele gamma au produs mai mulți aminoacizi decât au distrus. Din ratele de producție observate în experimentele lor, cercetătorii au calculat foarte aproximativ că razele gamma ar fi putut crește concentrația de aminoacizi dintr-un asteroid condrit carbonic la nivelurile observate în meteoritul Murchison în mai puțin de 1,000 de ani sau până la 100,000 de ani. .

Deoarece razele gamma, spre deosebire de lumina ultravioletă, pot pătrunde adânc în interiorul unui asteroid sau meteorit, acest mecanism ar putea avea o relevanță suplimentară pentru scenariile originii vieții. „Deschide un mediu cu totul nou în care se pot produce aminoacizi”, a spus Sandford. Dacă meteoriții sunt suficient de mari, „partea de mijloc a acestora ar putea supraviețui pătrunderii atmosferice chiar dacă exteriorul dispare”, a explicat el. „Așadar, nu numai că produci [aminoacizi], dar îi faci pe calea spre a ajunge pe o planetă.”

O cerință a noului mecanism este că trebuie să fie prezente cantități mici de apă lichidă pentru a susține reacțiile. Aceasta ar putea părea o limitare semnificativă - „Îmi pot imagina cu ușurință că oamenii cred că apa lichidă nu există cu greu în mediile spațiale”, a spus Kebukawa. Dar meteoriții condriți carbonați sunt plini de minerale precum silicații hidratați și carbonați care se formează doar în prezența apei, a explicat ea, și s-au găsit chiar cantități mici de apă prinse în unele dintre boabele minerale din condrite.

Din astfel de dovezi mineralogice, a spus Vassilisa Vinogradoff, astrochimist la Universitatea Aix-Marseille din Franța, oamenii de știință știu că asteroizii tineri dețin cantități semnificative de apă lichidă. „Faza de alterare apoasă a acestor corpuri, care este momentul în care aminoacizii în cauză ar fi avut șansa să se formeze, a fost o perioadă de aproximativ un milion de ani”, a spus ea – mai mult decât suficient de lungă pentru a produce cantitățile de aminoacizi observate. în meteoriți.

Sandford observă că, în experimentele pe care el și alți cercetători le-au efectuat, iradierea amestecurilor de gheață precum cele din norii moleculari interstelari primordiali poate da naștere la mii de compuși relevanți pentru viață, inclusiv zaharuri și nucleobaze, „și aminoacizii sunt practic întotdeauna acolo în amesteca. Așa că universul pare să fie oarecum conectat pentru a produce aminoacizi.”

Vinogradoff a făcut ecou această părere și a spus că diversitatea compușilor organici care pot fi prezenți în meteoriți este acum cunoscută a fi vastă. „Întrebarea a pivotat mai mult pentru a fi: de ce sunt aceste molecule cele care s-au dovedit importante pentru viața pe Pământ?” ea a spus. De ce, de exemplu, viața terestră folosește doar 20 din scorurile de aminoacizi care pot fi produși - și de ce folosește aproape exclusiv structurile „stângace” ale acelor molecule atunci când structurile „dreaptace” din imaginea în oglindă se formează în mod natural în abundență egală? Acestea pot fi misterele care domină studiile chimice ale primelor origini ale vieții în viitor.