Predstavitev
Leta 2021 je vesoljska misija Hayabusa2 na Zemljo uspešno dostavila košček asteroida 162173 Ryugu – pet gramov najstarejše, najbolj nedotaknjene snovi, ki je ostala po nastanku sončnega sistema pred 4.5 milijarde let. Lansko pomlad so znanstveniki razkrili, da kemična sestava asteroida vključuje 10 aminokislin, gradnikov beljakovin. Odkritje je dodalo dokaze, da je bila prvotna juha, iz katere je nastalo življenje na Zemlji, morda začinjena z aminokislinami iz kosov asteroidov.
Toda od kod prihajajo te aminokisline? Aminokisline, ki tečejo skozi naše ekosisteme, so produkti celičnega metabolizma, večinoma v rastlinah. Kateri nebiološki mehanizem bi jih lahko spravil v meteorite in asteroide?
Znanstveniki so razmišljali o več načinih in nedavno delo raziskovalcev na Japonskem kaže na pomembno novost: mehanizem, ki uporablja žarke gama za kovanje aminokislin. Zaradi njihovega odkritja se zdi še bolj verjetno, da bi meteoriti lahko prispevali k nastanku življenja na Zemlji.
Kljub temu, da so aminokisline bistveni del življenjske kemije, so aminokisline preproste molekule, ki jih je mogoče preprosto pripraviti iz ogljikovih, kisikovih in dušikovih spojin, če je dovolj energije. Pred sedemdesetimi leti sta znana poskusa Stanleyja Millerja in Harolda Ureyja dokazala, da je električna razelektritev v plinasti mešanici metana, amoniaka in vodika (za katero so takrat napačno mislili, da posnema Zemljino zgodnjo atmosfero) vse, kar je potrebno za nastanek mešanice organske spojine, ki vključujejo aminokisline. Poznejše laboratorijsko delo je pokazalo, da bi lahko aminokisline potencialno nastajale tudi v sedimentih v bližini hidrotermalnih vrelcev na morskem dnu in odkritje leta 2018 potrdili, da se to včasih zgodi.
Možnost, da so prvotne aminokisline morda prišle iz vesolja, se je začela uveljavljati po letu 1969, ko so dva velika meteorita – meteorit Murchison v zahodni Avstraliji in meteorit Allende v Mehiki – takoj po njunih udarcih našli. Oba sta bila ogljikova hondrita, redek razred meteoritov, ki spominjajo na Ryugu, za katerega znanstveniki menijo, da je nastal iz manjših ledenih teles, potem ko se je sončni sistem prvič oblikoval. Oba sta vsebovala tudi majhne, a znatne količine aminokislin, čeprav znanstveniki niso mogli izključiti možnosti, da so aminokisline onesnaževalci ali stranski produkti njihovega vpliva.
Kljub temu so vesoljski znanstveniki vedeli, da so ledena prašna telesa, ki tvorijo ogljikove hondrite, verjetno vsebovala vodo, amoniak in majhne molekule ogljika, kot so aldehidi in metanol, tako da bi bile prisotne elementarne sestavine aminokislin. Za lažjo reakcijo so potrebovali le vir energije. Eksperimentalno delo je pokazalo, da bi lahko bilo ultravijolično sevanje supernov dovolj močno, da bi to uspelo. Tudi trki med prašnimi telesi bi jih lahko dovolj segreli, da bi povzročili podoben učinek.
"Poznamo veliko načinov za abiološko izdelavo aminokislin," je dejal Scott Sandford, laboratorijski astrofizik v Nasinem raziskovalnem centru Ames. "In ni razloga, da bi pričakovali, da se niso vse zgodile."
Zdaj skupina raziskovalcev na nacionalni univerzi Yokohama na Japonskem, ki jo vodijo kemiki Yoko Kebukawa in Kensei Kobayashi so pokazali, da bi gama žarki lahko proizvedli tudi aminokisline v hondritih. V svojem novem delu so pokazali, da lahko žarki gama iz radioaktivnih elementov v hondritih - najverjetneje aluminij-26 - pretvorijo spojine ogljika, dušika in kisika v aminokisline.
Seveda lahko žarki gama uničijo organske spojine tako enostavno, kot jih lahko ustvarijo. Toda v poskusih japonske ekipe je bilo "izboljšanje proizvodnje aminokislin z radioizotopi učinkovitejše od razgradnje," je dejal Kebukawa, zato so žarki gama proizvedli več aminokislin, kot so jih uničili. Iz stopenj proizvodnje, opaženih v njihovih poskusih, so raziskovalci zelo grobo izračunali, da bi žarki gama lahko dvignili koncentracijo aminokislin v ogljikovem hondritnem asteroidu na ravni, ki so jih opazili v meteoritu Murchison, že v 1,000 ali celo 100,000 letih. .
Ker lahko gama žarki, za razliko od ultravijolične svetlobe, prodrejo globoko v notranjost asteroida ali meteorita, bi ta mehanizem lahko imel dodaten pomen za scenarije izvora življenja. "Odpira povsem novo okolje, v katerem je mogoče izdelati aminokisline," je dejal Sandford. Če so meteoriti dovolj veliki, bi "njihov srednji del lahko preživel vstop v atmosfero, tudi če bi zunanja stran odletela," je pojasnil. "Torej ne izdelujete samo [aminokislin], ampak jih izdelujete na poti do planeta."
Predstavitev
Ena od zahtev novega mehanizma je, da morajo biti prisotne majhne količine tekoče vode za podporo reakcijam. To se morda zdi pomembna omejitev - "Lahko si predstavljam, da ljudje mislijo, da tekoča voda skoraj ne obstaja v vesoljskih okoljih," je dejal Kebukawa. Toda ogljikovi hondritni meteoriti so polni mineralov, kot so hidratirani silikati in karbonati, ki se tvorijo samo v prisotnosti vode, je pojasnila, majhne količine vode pa so celo našli ujete v nekaterih mineralnih zrncih v hondritih.
Iz takih mineraloških dokazov, rekel Vasilisa Vinogradova, astrokemik na univerzi Aix-Marseille v Franciji, znanstveniki vedo, da so mladi asteroidi vsebovali znatne količine tekoče vode. "Vodna faza spreminjanja teh teles, ko bi se zadevne aminokisline lahko oblikovale, je trajala približno milijon let," je dejala - več kot dovolj dolgo, da proizvede opazovane količine aminokislin. v meteoritih.
Sandford ugotavlja, da lahko v poskusih, ki so jih izvedli on in drugi raziskovalci, obsevanje ledenih mešanic, kot so tiste v prvotnih medzvezdnih molekularnih oblakih, povzroči nastanek na tisoče spojin, pomembnih za življenje, vključno s sladkorji in nukleobazami, »aminokisline pa so praktično vedno prisotne v mešati. Tako se zdi, da je vesolje nekako trdo povezano za izdelavo aminokislin."
Vinogradoff je ponovil to mnenje in dejal, da je zdaj znano, da je raznolikost organskih spojin, ki so lahko prisotne v meteoritih, ogromna. "Vprašanje je postalo bolj: Zakaj so se te molekule izkazale za pomembne za življenje na Zemlji?" je rekla. Zakaj na primer zemeljsko življenje uporablja samo 20 od desetin aminokislin, ki jih je mogoče proizvesti - in zakaj skoraj izključno uporablja "levosučne" strukture teh molekul, medtem ko zrcalne "desničarske" strukture naravno obliko v enaki količini? To so morda skrivnosti, ki bodo v prihodnosti prevladovale v kemijskih študijah najzgodnejšega izvora življenja.
