ภายในดาวเคราะห์น้อยโบราณ รังสีแกมมาสร้างสิ่งก่อสร้างของชีวิต

ในปี 2021 ภารกิจอวกาศ Hayabusa2 ประสบความสำเร็จในการส่งชิ้นส่วนของดาวเคราะห์น้อย 162173 Ryugu มายังโลก ซึ่งเป็นสสารที่เก่าแก่ที่สุดและบริสุทธิ์ที่สุดจำนวน 4.5 กรัมที่เหลือจากการก่อตัวของระบบสุริยะเมื่อ 10 พันล้านปีก่อน ฤดูใบไม้ผลิที่แล้ว นักวิทยาศาสตร์เปิดเผยว่าองค์ประกอบทางเคมีของดาวเคราะห์น้อยประกอบด้วยกรดอะมิโน XNUMX ชนิด ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของโปรตีน การค้นพบนี้เพิ่มหลักฐานว่าซุปในยุคดึกดำบรรพ์ที่สิ่งมีชีวิตบนโลกถือกำเนิดขึ้นอาจปรุงรสด้วยกรดอะมิโนจากชิ้นส่วนของดาวเคราะห์น้อย

แต่กรดอะมิโนเหล่านี้มาจากไหน? กรดอะมิโนที่ไหลผ่านระบบนิเวศของเราเป็นผลิตภัณฑ์จากเมแทบอลิซึมของเซลล์ ซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในพืช กลไกทางชีวะใดที่ทำให้พวกเขาอยู่ในอุกกาบาตและดาวเคราะห์น้อยได้

นักวิทยาศาสตร์ได้คิดหลายวิธีและ ผลงานล่าสุด โดยนักวิจัยในญี่ปุ่นชี้ให้เห็นถึงสิ่งใหม่ที่สำคัญ: กลไกที่ใช้รังสีแกมมาเพื่อสร้างกรดอะมิโน การค้นพบของพวกเขาทำให้ดูเหมือนว่าอุกกาบาตมีส่วนในการกำเนิดสิ่งมีชีวิตบนโลก

แม้ว่ากรดอะมิโนจะเป็นส่วนสำคัญทางเคมีของชีวิต แต่กรดอะมิโนก็เป็นโมเลกุลง่ายๆ ที่สามารถปรุงขึ้นอย่างไร้ศิลปะจากสารประกอบคาร์บอน ออกซิเจน และไนโตรเจน หากมีพลังงานเพียงพอ เมื่อ XNUMX ปีที่แล้ว การทดลองที่มีชื่อเสียงโดย Stanley Miller และ Harold Urey ได้พิสูจน์ว่าการปล่อยกระแสไฟฟ้าในส่วนผสมของก๊าซมีเทน แอมโมเนีย และไฮโดรเจน (ซึ่งในเวลานั้นคิดว่าเลียนแบบชั้นบรรยากาศแรกเริ่มของโลกอย่างไม่ถูกต้อง) เป็นสิ่งที่ต้องทำเพื่อให้ส่วนผสมของ สารประกอบอินทรีย์ที่รวมกรดอะมิโน งานในห้องปฏิบัติการในเวลาต่อมาชี้ให้เห็นว่ากรดอะมิโนอาจก่อตัวในตะกอนใกล้กับช่องระบายความร้อนใต้ทะเลและ การค้นพบในปี 2018 ยืนยันว่าบางครั้งสิ่งนี้เกิดขึ้น

ความเป็นไปได้ที่กรดอะมิโนดั้งเดิมอาจมาจากอวกาศเริ่มจับได้หลังจากปี 1969 เมื่ออุกกาบาตขนาดใหญ่สองลูก ได้แก่ อุกกาบาตเมอร์ชิสันในออสเตรเลียตะวันตกและอุกกาบาตอัลเลนเดในเม็กซิโก ได้รับการกู้คืนทันทีหลังจากชน ทั้งคู่เป็นคาร์บอนาเชียสคอนไดรต์ ซึ่งเป็นอุกกาบาตประเภทหายากที่มีลักษณะคล้ายริวกู ซึ่งนักวิทยาศาสตร์คิดว่าสะสมมาจากวัตถุน้ำแข็งขนาดเล็กกว่าหลังจากที่ระบบสุริยะก่อตัวขึ้นเป็นครั้งแรก ทั้งสองยังมีกรดอะมิโนในปริมาณเล็กน้อยแต่มีนัยสำคัญ แม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะไม่สามารถแยกแยะความเป็นไปได้ว่ากรดอะมิโนเหล่านั้นเป็นสารปนเปื้อนหรือเป็นผลพลอยได้จากผลกระทบของมัน

ถึงกระนั้น นักวิทยาศาสตร์ในอวกาศก็ทราบดีว่าก้อนฝุ่นน้ำแข็งที่ก่อตัวเป็นคาร์บอนาเชียสคอนไดรต์นั้นน่าจะมีน้ำ แอมโมเนีย และโมเลกุลคาร์บอนขนาดเล็ก เช่น อัลดีไฮด์และเมทานอล ดังนั้นองค์ประกอบที่เป็นองค์ประกอบของกรดอะมิโนจึงน่าจะมีอยู่ พวกเขาต้องการเพียงแหล่งพลังงานเพื่ออำนวยความสะดวกในการเกิดปฏิกิริยา งานทดลองชี้ให้เห็นว่ารังสีอัลตราไวโอเลตจากซูเปอร์โนวาอาจแรงพอที่จะทำเช่นนั้นได้ การชนกันระหว่างวัตถุฝุ่นอาจทำให้พวกมันร้อนมากพอที่จะให้ผลที่คล้ายกัน

"เรารู้หลายวิธีในการสร้างกรดอะมิโนทางชีวภาพ" กล่าว สก็อตต์ แซนด์ฟอร์ดนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ในห้องปฏิบัติการที่ศูนย์วิจัย Ames ของ NASA “และไม่มีเหตุผลที่จะคาดหวังว่าพวกเขาจะไม่เกิดขึ้นทั้งหมด”

ขณะนี้ทีมนักวิจัยจาก Yokohama National University ในประเทศญี่ปุ่นนำโดยนักเคมี โยโกะ เคบุคาวะ และ เคนเซย์ โคบายาชิ ได้แสดงให้เห็นว่ารังสีแกมมายังสามารถผลิตกรดอะมิโนในคอนไดรต์ได้อีกด้วย ในงานใหม่ของพวกเขา พวกเขาแสดงให้เห็นว่ารังสีแกมมาจากธาตุกัมมันตภาพรังสีในคอนไดรต์ ซึ่งส่วนใหญ่อาจเป็นอะลูมิเนียม-26 สามารถเปลี่ยนสารประกอบคาร์บอน ไนโตรเจน และออกซิเจนให้เป็นกรดอะมิโนได้

แน่นอนว่ารังสีแกมมาสามารถทำลายสารประกอบอินทรีย์ได้ง่ายพอๆ แต่ในการทดลองของทีมชาวญี่ปุ่น “การเพิ่มการผลิตกรดอะมิโนโดยไอโซโทปรังสีมีประสิทธิภาพมากกว่าการสลายตัว” Kebukawa กล่าว ดังนั้นรังสีแกมมาจึงสร้างกรดอะมิโนมากกว่าที่ทำลาย จากอัตราการผลิตที่สังเกตได้ในการทดลอง นักวิจัยคำนวณคร่าวๆ ว่ารังสีแกมมาอาจเพิ่มความเข้มข้นของกรดอะมิโนในดาวเคราะห์น้อยประเภท carbonaceous chondrite ให้อยู่ในระดับที่เห็นในอุกกาบาตเมอร์ชิสันในเวลาเพียง 1,000 ปีหรือมากถึง 100,000 .

เนื่องจากรังสีแกมมา ซึ่งแตกต่างจากแสงอัลตราไวโอเลต สามารถทะลุทะลวงลึกเข้าไปในภายในของดาวเคราะห์น้อยหรืออุกกาบาต กลไกนี้จึงมีความเกี่ยวข้องเป็นพิเศษกับสถานการณ์การกำเนิดของชีวิต Sandford กล่าวว่า "มันเปิดสภาพแวดล้อมใหม่ทั้งหมดซึ่งสามารถผลิตกรดอะมิโนได้ หากอุกกาบาตมีขนาดใหญ่พอ “ส่วนตรงกลางของอุกกาบาตสามารถรอดเข้าสู่ชั้นบรรยากาศได้แม้ว่าภายนอกจะระเหยออกไป” เขาอธิบาย “คุณไม่เพียงแต่สร้าง [กรดอะมิโน] เท่านั้น แต่คุณกำลังสร้างมันขึ้นมาบนเส้นทางเพื่อไปยังดาวเคราะห์ดวงหนึ่งด้วย”

ข้อกำหนดประการหนึ่งของกลไกใหม่คือต้องมีน้ำของเหลวจำนวนเล็กน้อยเพื่อรองรับปฏิกิริยา นั่นอาจดูเหมือนเป็นข้อจำกัดที่สำคัญ “ผมสามารถจินตนาการได้อย่างง่ายดายว่าผู้คนคิดว่าน้ำที่เป็นของเหลวแทบจะไม่มีอยู่ในสภาพแวดล้อมของอวกาศ” Kebukawa กล่าว แต่อุกกาบาตประเภทคาร์บอนาเชียสคอนไดรต์นั้นเต็มไปด้วยแร่ธาตุ เช่น ไฮเดรตซิลิเกตและคาร์บอเนตที่ก่อตัวได้เมื่อมีน้ำเท่านั้น เธออธิบาย และยังพบว่ามีน้ำจำนวนเล็กน้อยติดอยู่ภายในเม็ดแร่บางส่วนในคอนไดรต์ด้วย

จากหลักฐานทางแร่ดังกล่าวกล่าวว่า วาสซิลิสซ่า วีโนกราดอฟนักดาราศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัย Aix-Marseille ในฝรั่งเศส นักวิทยาศาสตร์ทราบว่าดาวเคราะห์น้อยอายุน้อยมีน้ำเป็นของเหลวอยู่เป็นจำนวนมาก “ระยะการเปลี่ยนแปลงของน้ำในร่างกายเหล่านี้ ซึ่งเป็นช่วงที่กรดอะมิโนมีโอกาสก่อตัวขึ้นได้นั้นเป็นช่วงเวลาประมาณหนึ่งล้านปี” เธอกล่าว นานพอที่จะผลิตกรดอะมิโนตามปริมาณที่สังเกตได้ ในอุกกาบาต

แซนด์ฟอร์ดตั้งข้อสังเกตว่าในการทดลองที่เขาและนักวิจัยคนอื่นๆ ได้ดำเนินการ การฉายรังสีของส่วนผสมที่เป็นน้ำแข็ง เช่น ในเมฆโมเลกุลระหว่างดวงดาวในยุคแรกเริ่มสามารถก่อให้เกิดสารประกอบหลายพันชนิดที่เกี่ยวข้องกับชีวิต รวมทั้งน้ำตาลและนิวคลีโอเบส ผสม. ดังนั้นจักรวาลจึงดูเหมือนว่าจะสร้างกรดอะมิโนได้ยาก”

Vinogradoff สะท้อนมุมมองนั้นและกล่าวว่าความหลากหลายของสารประกอบอินทรีย์ที่สามารถมีอยู่ในอุกกาบาตเป็นที่ทราบกันดีว่ามีอยู่มากมาย “คำถามได้เปลี่ยนไปเป็น: ทำไมโมเลกุลเหล่านี้ถึงมีความสำคัญต่อสิ่งมีชีวิตบนโลก” เธอพูด. ตัวอย่างเช่น เหตุใดสิ่งมีชีวิตบนบกจึงใช้กรดอะมิโนเพียง 20 คะแนนที่สามารถผลิตได้ และเหตุใดจึงใช้โครงสร้าง "มือซ้าย" ของโมเลกุลเหล่านั้นเกือบทั้งหมดเมื่อโครงสร้าง "มือขวา" ในกระจกเงา เกิดขึ้นตามธรรมชาติอย่างอุดมสมบูรณ์เท่ากัน? สิ่งเหล่านี้อาจเป็นความลึกลับที่ครอบงำการศึกษาทางเคมีเกี่ยวกับต้นกำเนิดที่เก่าแก่ที่สุดของสิ่งมีชีวิตในอนาคต