Вступ
У 2021 році космічна місія Hayabusa2 успішно доставила на Землю шматочок астероїда 162173 Рюгу — п’ять грамів найдавнішої незайманої матерії, що залишилася після формування Сонячної системи 4.5 мільярда років тому. Минулої весни вчені виявили, що хімічний склад астероїда включає 10 амінокислот, будівельних блоків білків. Це відкриття додало доказів того, що первинний суп, з якого виникло життя на Землі, міг бути приправлений амінокислотами зі шматочків астероїдів.
Але звідки взялися ці амінокислоти? Амінокислоти, що протікають через наші екосистеми, є продуктами клітинного метаболізму, переважно в рослинах. Який небіологічний механізм міг помістити їх у метеорити та астероїди?
Вчені придумали кілька способів, і недавня робота Дослідники з Японії вказують на важливий новий механізм: механізм, який використовує гамма-промені для створення амінокислот. Їх відкриття робить ще більш імовірним те, що метеорити могли сприяти виникненню життя на Землі.
Незважаючи на те, що амінокислоти є невід’ємною частиною хімії життя, вони є простими молекулами, які можна легко утворити із сполук вуглецю, кисню та азоту, якщо є достатньо енергії. Сімдесят років тому відомі експерименти Стенлі Міллера та Гарольда Юрі довели, що електричний розряд у газовій суміші метану, аміаку та водню (який на той час помилково вважався таким, що імітує ранню атмосферу Землі) — це все, що потрібно, щоб утворити суміш органічні сполуки, до складу яких входять амінокислоти. Пізніші лабораторні дослідження припустили, що амінокислоти також потенційно можуть утворюватися в осадових відкладеннях біля гідротермальних джерел на морському дні, і відкриття в 2018 році підтвердив, що це іноді трапляється.
Імовірність того, що вихідні амінокислоти могли потрапити з космосу, почала набувати популярності після 1969 року, коли два великі метеорити — метеорит Мурчісон у західній Австралії та метеорит Альєнде в Мексиці — були знайдені відразу після їх ударів. Обидва були вуглецевими хондритами, рідкісним класом метеоритів, схожих на Рюгу, які, на думку вчених, утворилися з менших крижаних тіл після того, як утворилася Сонячна система. Обидва також містили невелику, але значну кількість амінокислот, хоча вчені не могли виключити можливість того, що амінокислоти були забруднювачами або побічними продуктами їх впливу.
Тим не менш, космічні вчені знали, що крижані пилові тіла, які утворили вуглецеві хондрити, ймовірно, містили воду, аміак і невеликі молекули вуглецю, такі як альдегіди та метанол, отже, елементарні складові амінокислот були присутні. Їм було потрібно лише джерело енергії, щоб полегшити реакцію. Експериментальна робота показала, що ультрафіолетове випромінювання наднових могло бути достатньо сильним для цього. Зіткнення між пиловими тілами також могло нагріти їх настільки, щоб викликати подібний ефект.
«Ми знаємо багато способів отримання амінокислот абіологічним шляхом», — сказав Скотт Сендфорд, астрофізик-лабораторія дослідницького центру Еймса NASA. «І немає жодних причин очікувати, що не всі вони відбулися».
Зараз група дослідників з Національного університету Йокогами в Японії під керівництвом хіміків Йоко Кебукава та Кенсей Кобаясі показали, що гамма-промені також могли виробляти амінокислоти в хондритах. У своїй новій роботі вони показали, що гамма-промені від радіоактивних елементів у хондритах — швидше за все, алюмінію-26 — можуть перетворювати сполуки вуглецю, азоту та кисню в амінокислоти.
Звичайно, гамма-промені можуть руйнувати органічні сполуки так само легко, як і створювати їх. Але в експериментах японської команди «посилення виробництва амінокислот за допомогою радіоізотопів було ефективнішим, ніж розкладання», сказав Кебукава, тому гамма-промені виробляли більше амінокислот, ніж руйнували. Виходячи зі швидкості утворення, спостережуваної в їхніх експериментах, дослідники дуже грубо підрахували, що гамма-промені могли підвищити концентрацію амінокислот у вуглецевому хондритовому астероїді до рівня, який спостерігався в метеориті Мерчісон, лише за 1,000 років або навіть за 100,000 XNUMX років. .
Оскільки гамма-промені, на відміну від ультрафіолетового світла, можуть проникати глибоко всередину астероїда або метеорита, цей механізм може мати додаткове значення для сценаріїв виникнення життя. «Це відкриває абсолютно нове середовище, в якому можна виробляти амінокислоти», — сказав Сендфорд. Якщо метеорити досить великі, «їхня середня частина може пережити проникнення в атмосферу, навіть якщо зовнішня частина відійде», — пояснив він. «Тож ви не тільки виробляєте [амінокислоти], але ви виробляєте їх на шляху до планети».
Вступ
Однією з вимог нового механізму є наявність невеликої кількості рідкої води для підтримки реакцій. Це може здатися суттєвим обмеженням — «Я можу легко уявити, що люди думають, що рідка вода навряд чи існує в космічному середовищі», — сказав Кебукава. Але вугільні хондритові метеорити повні мінералів, таких як гідратовані силікати та карбонати, які утворюються лише у присутності води, пояснила вона, і крихітні кількості води навіть були виявлені всередині деяких мінеральних зерен у хондритах.
З таких мінералогічних доказів, сказано Василиса Виноградова, астрохімік з університету Екс-Марсель у Франції, вчені знають, що молоді астероїди містили значну кількість рідкої води. «Водна фаза зміни цих тіл, коли амінокислоти, про які йде мова, мала шанс утворитися, становила приблизно мільйон років», — сказала вона, — більш ніж достатньо довго, щоб отримати спостережувану кількість амінокислот. в метеоритах.
Сендфорд зазначає, що в експериментах, які він та інші дослідники проводили, опромінення крижаних сумішей, подібних до тих, що знаходяться в первісних міжзоряних молекулярних хмарах, може призвести до утворення тисяч сполук, важливих для життя, включаючи цукри та нуклеооснови, «і амінокислоти практично завжди присутні в змішувати. Отже, Всесвіт, здається, начебто налаштований на виробництво амінокислот».
Віноградов повторив цю точку зору і сказав, що різноманітність органічних сполук, які можуть бути присутніми в метеоритах, тепер відома як величезна. «Питання скоріше стало таким: чому саме ці молекули виявилися важливими для життя на Землі?» вона сказала. Чому, наприклад, земне життя використовує лише 20 із десятків амінокислот, які можна виробити, і чому воно майже виключно використовує «ліві» структури цих молекул, тоді як дзеркальні «праві» структури природній формі в однаковій кількості? Це можуть бути таємниці, які домінують у хімічних дослідженнях найдавніших зароджень життя в майбутньому.
