В 2023 году миссия НАСА OSIRIS-REx доставила на Землю образцы астероида Бенну, возраст которого составляет 4,6 миллиарда лет. Изучив их, ученые обнаружили, что астероид, существовавший на самой ранней стадии формирования Солнечной системы, содержит аминокислоты — фундаментальные строительные блоки жизни, какой мы её знаем. Эти кислоты отвечают за производство белков и пептидов, входящих в состав ДНК. Получение образцов из космоса подтвердило теорию, выдвинутую учеными десятилетия назад: ингредиенты для жизни пришли из космоса.
С другой стороны, вопрос о том, как эти молекулы образовались в космосе, оставался загадкой. Но новое исследование, проведенное учеными из Университета штата Пенсильвания, пролило свет на этот нерешенный вопрос. Согласно их исследованию, опубликованному в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, возможно, некоторые из них могли возникнуть в ледяной, радиоактивной среде на заре Солнечной системы. Это ставит под сомнение ранее существовавшие предположения о том, где и при каких условиях аминокислоты могут образовываться в ранних звездных средах.
Помимо ученых из Департамента геонаук Пенсильванского университета, в исследовательскую группу вошли астрофизики и геологи из Католического университета Америки, Американского музея естественной истории, Лунной и планетарной лаборатории Университета Аризоны, Школы наук о Земле и окружающей среде Университета Роуэна, а также Отдела исследования Солнечной системы и Центра исследований и разработок в области космической науки и технологий (CRESST II) в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА.
Для анализа мельчайших образцов пыли, собранных с астероида, команда использовала специальные приборы, способные измерять незначительные вариации атомной массы (изотопные соотношения). В частности, исследователи сосредоточились на двухъуглеродной аминокислоте глицине, самой маленькой из аминокислот. Тем не менее, эта аминокислота играет важную роль в клеточной биологии, связываясь с другими кислотами для образования белков. Эти белки отвечают за большинство биологических функций, от построения клеток до катализа химических реакций.
«В Университете штата Пенсильвания мы модифицировали приборы, которые позволяют нам проводить изотопные измерения органических соединений с очень низкой концентрацией, таких как глицин», — пояснила соавтор исследования Эллисон Бачински из Университете штата Пенсильвания. — «Без технологических достижений и инвестиций в специализированные приборы мы бы никогда не сделали этого открытия».
Эта молекула может образовываться в самых разных условиях и часто считается ключевым индикатором ранней пребиотической химии. Обнаружение её в кометах и астероидах подтверждает теорию о том, что основные строительные блоки жизни сформировались в космосе и были распространены на молодую Землю, дав начало жизни. Ранее учёные обычно считали, что глицин образуется только посредством синтеза Штрекера. В ходе этого процесса цианистый водород, аммиак и альдегиды или кетоны реагируют в присутствии жидкой воды, образуя молекулу.
Новые результаты позволяют предположить, что глицин на Бенну, возможно, образовался не в присутствии жидкой воды, а в результате агрегации во льду, подвергшемся воздействию радиации в ранней внешней части Солнечной системы.
«Наши результаты полностью меняют наше представление о том, как аминокислоты образуются в астероидах. Теперь кажется, что существует множество условий, при которых могут образовываться эти строительные блоки жизни, а не только при наличии теплой жидкой воды. Наш анализ показал, что существует гораздо большее разнообразие путей и условий, при которых могут образовываться эти аминокислоты», — говорят авторы исследования.
Затем команда сравнила свои результаты с анализом аминокислот из знаменитого метеорита Мурчисон, упавшего в Австралии в 1969 году. Их выводы предполагают, что молекулы Мурчисона образовались в результате синтеза Штрекера в присутствии жидкой воды и при более высоких температурах. Такие условия могли существовать на родительских телах подобных метеоритов, аналогично условиям на молодой Земле.
«Одна из причин, почему аминокислоты так важны, заключается в том, что мы считаем, что они сыграли большую роль в зарождении жизни на Земле. Настоящим сюрпризом является то, что аминокислоты в Бенну демонстрируют совершенно иной изотопный состав, чем в Мерчисоне, и эти результаты предполагают, что родительские тела Бенну и Мерчисона, вероятно, возникли в химически различных регионах Солнечной системы», — говорит соавтор исследования Офели Макинтош из Университета штата Пенсильвания.
Хотя эти результаты отвечают на некоторые вопросы о том, как аминокислоты образуются в космосе, они также открывают перед учеными множество новых загадок. В частности, аминокислоты встречаются в зеркально-симметричных формах, которые, как ранее считалось, имели идентичные изотопные характеристики. Но в астероиде Бенну две обнаруженные формы глутаминовой кислоты имеют очень разные значения содержания азота. В дальнейшем команда намерена выяснить причину этого явления.
«Сейчас у нас больше вопросов, чем ответов, — сказала Бачински. — Мы надеемся, что сможем продолжить анализ различных метеоритов, чтобы изучить их аминокислоты. Мы хотим узнать, продолжают ли они походить на метеориты Мерчисон и Бенну, или, возможно, существует еще большее разнообразие условий и путей, которые могут создавать строительные блоки жизни».
