Beskrivning
År 2021 levererade rymduppdraget Hayabusa2 framgångsrikt en bit av asteroiden 162173 Ryugu till jorden – fem gram av den äldsta, mest orörda materia som blev över från solsystemets bildande för 4.5 miljarder år sedan. Förra våren avslöjade forskare att den kemiska sammansättningen av asteroiden inkluderar 10 aminosyror, byggstenarna i proteiner. Upptäckten lade till bevisen för att den ursoppa som livet på jorden uppstod ur kan ha kryddats med aminosyror från bitar av asteroider.
Men var kom dessa aminosyror ifrån? Aminosyrorna som strömmar genom våra ekosystem är produkter av cellulär metabolism, mestadels i växter. Vilken icke-biologisk mekanism kunde ha placerat dem i meteoriter och asteroider?
Forskare har tänkt på flera sätt, och senaste arbetet av forskare i Japan pekar på en betydande ny: en mekanism som använder gammastrålar för att skapa aminosyror. Deras upptäckt gör att det verkar ännu mer troligt att meteoriter kunde ha bidragit till uppkomsten av liv på jorden.
Trots att de är en viktig del av livets kemi, är aminosyror enkla molekyler som kan kokas konstlöst av kol, syre och kväveföreningar om det finns tillräckligt med energi. För sjuttio år sedan visade kända experiment av Stanley Miller och Harold Urey att en elektrisk urladdning i en gasblandning av metan, ammoniak och väte (som vid den tiden felaktigt troddes efterlikna jordens tidiga atmosfär) var allt som krävdes för att göra en blandning av organiska föreningar som inkluderade aminosyror. Senare laboratoriearbete antydde att aminosyror också potentiellt kunde bildas i sediment nära hydrotermiska öppningar på havsbotten, och en upptäckt 2018 bekräftat att detta händer ibland.
Möjligheten att de ursprungliga aminosyrorna kan ha kommit från rymden började fångas efter 1969, när två stora meteoriter - Murchison-meteoriten i västra Australien och Allende-meteoriten i Mexiko - återfanns omedelbart efter deras nedslag. Båda var kolhaltiga kondriter, en sällsynt klass av meteoriter som liknar Ryugu som forskare tror har ansamlats från mindre isiga kroppar efter att solsystemet först bildades. Båda innehöll också små men betydande mängder aminosyror, även om forskare inte kunde utesluta möjligheten att aminosyrorna var föroreningar eller biprodukter av deras påverkan.
Ändå visste rymdforskare att de isiga dammkropparna som bildade kolhaltiga kondriter sannolikt innehåller vatten, ammoniak och små kolmolekyler som aldehyder och metanol, så de elementära beståndsdelarna i aminosyrorna skulle ha varit närvarande. De behövde bara en energikälla för att underlätta reaktionen. Experimentellt arbete antydde att ultraviolett strålning från supernovor kunde ha varit tillräckligt stark för att göra det. Kollisioner mellan dammkropparna kunde också ha värmt upp dem tillräckligt för att ge en liknande effekt.
"Vi vet många sätt att göra aminosyror abiologiskt," sa Scott Sandford, en laboratorieastrofysiker vid NASA:s Ames Research Center. "Och det finns ingen anledning att förvänta sig att de inte alla hände."
Nu ett team av forskare vid Yokohama National University i Japan ledd av kemister Yoko Kebukawa och Kensei Kobayashi har visat att gammastrålar också kunde ha producerat aminosyrorna i kondriterna. I sitt nya arbete visade de att gammastrålar från radioaktiva grundämnen i kondriterna - troligen aluminium-26 - kunde omvandla kol-, kväve- och syreföreningarna till aminosyror.
Naturligtvis kan gammastrålar förstöra organiska föreningar lika lätt som det kan göra dem. Men i det japanska lagets experiment, "förstärkningen av aminosyraproduktionen av radioisotoperna var effektivare än sönderdelning," sa Kebukawa, så gammastrålningen producerade fler aminosyror än de förstörde. Utifrån de produktionshastigheter som observerades i deras experiment, beräknade forskarna mycket grovt att gammastrålar kunde ha höjt koncentrationen av aminosyror i en kolhaltig kondritasteroid till nivåerna som ses i Murchison-meteoriten på så lite som 1,000 100,000 år eller så många som XNUMX XNUMX .
Eftersom gammastrålar, till skillnad från ultraviolett ljus, kan tränga djupt in i det inre av en asteroid eller meteorit, kan denna mekanism ha extra relevans för scenarier för livets ursprung. "Det öppnar upp en helt ny miljö där aminosyror kan tillverkas," sa Sandford. Om meteoriter är tillräckligt stora, "kan den mellersta delen av dem överleva atmosfäriskt inträde även om utsidan avtar", förklarade han. "Så du gör inte bara [aminosyror] utan du gör dem på vägen för att komma till en planet."
Beskrivning
Ett krav på den nya mekanismen är att små mängder flytande vatten måste finnas närvarande för att stödja reaktionerna. Det kan verka som en betydande begränsning - "Jag kan lätt föreställa mig att människor tror att flytande vatten knappast finns i rymdmiljöer," sa Kebukawa. Men kolhaltiga kondritmeteoriter är fulla av mineraler som hydratiserade silikater och karbonater som bara bildas i närvaro av vatten, förklarade hon, och små mängder vatten har till och med hittats instängt inuti några av mineralkornen i kondriter.
Från sådana mineralogiska bevis, sa Vassilisa Vinogradoff, en astrokemist vid Aix-Marseille University i Frankrike, vet forskare att unga asteroider höll betydande mängder flytande vatten. "Den vattenhaltiga förändringsfasen av dessa kroppar, vilket är när aminosyrorna i fråga skulle ha haft en chans att bildas, var en period på ungefär en miljon år," sa hon - mer än lång nog för att producera de mängder aminosyror som observerats i meteoriter.
Sandford noterar att i experiment som han och andra forskare har utfört kan bestrålning av isiga blandningar som de i de ursprungliga interstellära molekylära molnen ge upphov till tusentals föreningar som är relevanta för livet, inklusive sockerarter och nukleobaser, "och aminosyror finns praktiskt taget alltid där i blanda. Så universum tycks vara typ hårt för att göra aminosyror."
Vinogradoff upprepade den åsikten och sa att mångfalden av organiska föreningar som kan finnas i meteoriter nu är känd för att vara enorm. "Frågan har vridits mer till att vara: Varför är dessa molekyler de som har visat sig viktiga för livet på jorden?" Hon sa. Varför, till exempel, använder jordens liv bara 20 av de mängder av aminosyror som kan produceras - och varför använder det nästan uteslutande de "vänsterhänta" strukturerna av dessa molekyler när spegelbilden "högerhänta" strukturer naturligt bildas i lika överflöd? Det kan vara de mysterier som dominerar kemiska studier av livets tidigaste ursprung i framtiden.
