Последние исследования Университета штата Пенсильвания в США показывают, что следы образцов пыли с астероида «Бенну» меняют традиционное представление научного сообщества о том, как во Вселенной сформировались основные компоненты жизни. Исследовательская группа подтвердила наличие множества аминокислот в астероидной породе возрастом около 4,6 миллиардов лет. Эти образцы были успешно собраны и доставлены на Землю зондом НАСА «OSIRIS-REx» в 2023 году, подтвердив, что основное сырье для жизни действительно широко присутствует на внеземных телах. Однако химический путь, посредством которого эти молекулы рождаются в космосе, раньше был открытым вопросом.
Новые результаты, опубликованные в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), указывают на то, что некоторые аминокислоты в образце «Бенну» образуются не так, как давно предполагало научное сообщество. Исследования показывают, что они, скорее всего, родились в чрезвычайно холодной, сияющей ледяной среде, а не в среде с теплой жидкой водой. Этот вывод означает, что условия образования аминокислот, «строительных блоков» жизни, гораздо рыхлее и разнообразнее, чем представлялось ранее. Возможно, существуют и более суровые уголки Вселенной, в которых все еще есть потенциал для производства сырья для жизни.
Эллисон Бачински, соавтор статьи и доцент кафедры наук о Земле в Пенсильванском университете, заявила, что это открытие «переворачивает наш традиционный взгляд на то, как аминокислоты производятся на астероидах», показывая, что аминокислоты не ограничиваются образованием теплой, водной среды, но могут рождаться множеством различных путей и условий.
Чтобы раскрыть тайны химического состава пыли «Бенну», исследовательская группа использовала всего лишь «одну чайную ложку» драгоценных образцов и полагалась на специальные инструменты для проведения детального анализа изотопного состава. Эти инструменты измеряют мельчайшие различия в атомных массах элементов, предоставляя «отпечатки пальцев», по которым можно проследить историю химических реакций. Анализ был сосредоточен на простейшей аминокислоте, глицине, молекуле, состоящей всего из двух атомов углерода, которая считается важным маркером для отслеживания химии пребиотической жизни.
Аминокислоты могут соединяться вместе с образованием белков, а белки участвуют практически во всех биологических функциях: от построения клеточных структур до катализа химических реакций. Глицин имеет простую структуру и разнообразные пути производства, поэтому, если его обнаруживают на кометах или астероидах, это часто подкрепляет идею о том, что некоторые из первых химических материалов для жизни могли быть синтезированы в межзвездном пространстве задолго до образования планет и перенесены на поверхность молодой Земли через метеориты и пыль.
В прежней господствующей модели ученые обычно считали, что аминокислоты в основном производятся посредством так называемого «синтеза Стрекера»: синильная кислота, аммиак и альдегиды или кетоны реагируют в жидкой водной среде с образованием молекул аминокислот. Однако изотопная подпись образцов Бенну указывает на совершенно другой путь. Исследователи обнаружили, что соотношения изотопов этих глицинов не соответствуют классическому химическому пути водной фазы и более согласуются с результатами сложных реакций в низкотемпературных слоях льда и под сильным излучением, предполагая, что они могли возникнуть из ледяных областей внешней Солнечной системы в ранней Солнечной системе.
Бачински отметил, что Университет штата Пенсильвания специально модифицировал аналитический прибор, чтобы он мог измерять изотопы в органических веществах с крайне низким содержанием; без этого технологического прорыва это открытие могло бы вообще не быть достигнуто. В число членов команды, участвовавших в исследовании, входят профессор наук о Земле Кристофер Хаус, «профессор Университета Ивана Пью» Кэтрин Фриман, постдокторант Офели Макинтош и докторант наук о Земле Мила Мэтни.
Чтобы лучше понять уникальность аминокислот на Бенну, исследователи сравнили их с аминокислотами в знаменитом метеорите округа Мельбурн, метеорите Мерчисон. Метеорит Мерчисон упал в Австралии в 1969 году и стал «эталоном» для изучения органических молекул в углеродистых метеоритах. Сравнение показывает, что между ними существуют резкие различия: сигнатура изотопов аминокислот в метеорите Мерчисон показывает, что они с большей вероятностью образовались в среде с жидкой водой и относительно умеренными температурами. Такие условия могут существовать на родительском теле метеорита и аналогичны среде на ранней Земле.
Макинтош отмечает, что аминокислоты имеют решающее значение, поскольку наука в целом согласна с тем, что они сыграли центральную роль в зарождении жизни на Земле. Это исследование показало, что изотопные структуры аминокислот в образце «Бенну» полностью отличаются от таковых в метеорите Мерчисон, что указывает на то, что их родительские объекты, вероятно, родились в регионах Солнечной системы с совершенно другой химической средой. Это еще больше укрепляет идею о том, что внутри ранней Солнечной системы существовало множество различных химических «экологических ниш», обеспечивающих разнообразную стадию для производства сырья для жизни.
Исследование также ставит новые загадки. Молекулы аминокислот обычно существуют в двух «хиральных» формах, которые являются зеркальными отражениями друг друга, подобно левой и правой руке человека. Считалось, что две молекулы в зеркальном отображении будут демонстрировать изотопно схожие характеристики. Однако в этом анализе обнаружилась значительная разница в изотопном составе азота левой и правой хиральных форм аминокислоты, называемой глутаминовой кислотой, в образце «Бенну». Почему молекулы, химически почти идентичные, зеркальные лишь в пространственной конфигурации, оставляют такие разные изотопные «подписи»? На данный момент ответа на этот вопрос нет.
Ученые полагают, что понимание причин этой разницы может открыть нам новое окно для понимания зарождения и эволюции строительных блоков жизни во всей Солнечной системе. Бачинский признал, что в настоящее время «больше вопросов, чем ответов», и команда планирует продолжать анализировать больше образцов метеоритов из разных источников, чтобы проверить, демонстрируют ли их аминокислоты различия, аналогичные аминокислотам Мерчисона и «Бенну», или же они покажут более разнообразные пути образования и окружающую среду.
Это исследование финансировалось несколькими программами, включая программу НАСА «Новые рубежи» (которая финансировала миссию OSIRIS-REx), а также соответствующими проектами научно-исследовательского сотрудничества в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА и программой партнерства CRESST II. В число сотрудников также входят ученые из Отдела исследования солнечной системы имени Годдарда НАСА, а также исследователи из Университета Роуэна, Американского музея естественной истории и Лунной и планетарной лаборатории Университета Аризоны, в том числе главный исследователь OSIRIS-REx Данте С. Лауретта.
В целом, образцы пыли «Бенну» показывают более «толерантную» Вселенную, чем предполагалось: глубоко в холодном и наполненном радиацией пространстве, вдали от звезды, также могут незаметно формироваться строительные блоки жизни. Это понимание не только расширяет представление человечества о возможности внеземной жизни, но и добавляет новую перспективу к фундаментальному вопросу: «Откуда мы пришли?»