Już kilkakrotnie na naszym portalu pisaliśmy o niesamowitej misji OSIRIS-REx, w ramach której sonda kosmiczna dopędziła jedną z asteroid, pobrała z niej próbkę regolitu i, przelatując w pobliżu Ziemi, wysłała ją do zbadania przez specjalistów z NASA. Uzyskane pierwsze wyniki są co najmniej zaskakujące.
źródło Wikipedia, domena publiczna
źródło: NASA, licencja: domena publiczna
Ale najpierw może kilka słów o tym, dlaczego w ogóle wymyślono taką misję. Otóż cały czas badamy to, jak powstawał Układ Słoneczny. Wiadomo, że w zasadzie jest to masa różnych pyłów, kamieni i skałek, które dzięki sile grawitacji związały się w nieco większe obiekty, a w rezultacie końcowym – w planety skaliste (od Merkurego do Marsa). I one są dla badaczy najbardziej istotne z punktu widzenia powstawania życia. Co prawda na Ziemi lądują często meteoryty i są dokładnie badane, ale jest z nimi poważny problem. Nie przechwytujemy ich w przestrzeni, a więc mogą ulec kontaminacji, czyli zanieczyszczeniu materiałem ziemskim (lub atmosferycznym). W przypadku regolitu z Bennu dostajemy absolutnie czystą próbkę – pobraną miliony kilometrów od Ziemi i dostarczoną tutaj w szczelnym pojemniku. Próbka została otwarta (no, z pewnymi trudnościami, o czym pisałem) w warunkach kontrolowanych, w sterylnym pomieszczeniu. Wszystko po to, aby nie można było mieć obaw o zewnętrzne zanieczyszczenia. No ale przejdźmy do wyników.
Co nieorganicznego znaleziono w regolicie
Zacznijmy od chemii nieorganicznej, choć jest w sumie nieco nudniejsza niż organiczna (moim zdaniem). Już wcześniej nieco światła rzuciły tu wstępne badania regolitu. W ziarenkach regolitu odkryto obecność jonów sodu oraz magnezu, jak też anionów fosforanowych.
źródło: NASA, licencja: domena publiczna
Co w tym niezwykłego? Ano choćby to, że tego typu związki nie pojawiają się ot tak, lecz zazwyczaj krystalizują z roztworów wodnych. Wygląda na to, że asteroida (a właściwie ciało niebieskie, z którego pochodzi) musiała pierwotnie zawierać roztwory różnych soli, które zagęszczając się (woda odparowywała m.in. ze względu na niskie ciśnienie) pomaleńku krystalizowała, tworząc rozmaite minerały. Dokładniejsze badania wykazały, że oprócz znalezionych wcześniej fosforanów (PO43-) i węglanów (CO32-) znajdują się tam jeszcze siarczki oraz magnetyt. Na szczególną uwagę zasługuje pierwszy raz znaleziony pozaziemski pirotyn/pirotyt1 (FeS – nie mylić z pirytem, czyli FeS2!). Występuje on także na Ziemi, w skałach magmowych oraz w kominach hydrotermalnych. Oprócz wyżej wymienionych znaleziono także znane z Ziemi kalcyty (węglany wapnia), dolomity (węglany wapnia i magnezu) oraz magnezyt (węglan magnezu zawierający Fe i Mn). Odkryto również tlenek żelaza w postaci magnetytu (Fe3O4), utkany w kryształach kalcytu. Innymi znalezionymi minerałami są glinokrzemiany, których na Ziemi jest niezwykle dużo. Wśród dziesiątków zidentyfikowanych minerałów znajdziemy tam też chlorek sodu i potasu (halit i sylwit), ale też, co ciekawe, fluorek sodu. Zinwentaryzowano też siarczany sodu i magnezu.
Bardzo istotnym odkryciem są też sole uwodnione – węglany wapnia i sodu. Dowodzą one, że tam, gdzie powstawała asteroida, musiało być pod dostatkiem wody, prawdopodobnie w postaci ciekłej.
Ale w sumie nie trzeba lecieć na asteroidę, aby odkryć różne minerały. Wystarczy pójść do kuchni i zajrzeć do czajnika. Jeśli przez jakiś czas nie był odkamieniany, zobaczymy na wewnętrznej powierzchni mniej lub bardziej grubą warstewkę jasnego lub ciemniejszego osadu. Powstaje on z soli rozpuszczonych w wodzie kranowej w czasie jej gotowania. Gdybyśmy poddali go analizie chemicznej, znaleźlibyśmy tam głównie węglany magnezu i wapnia, a także pewną ilość soli żelaza. Na Bennu prawdopodobnie miały miejsce podobne procesy, z tym że miliardy razy wolniejsze, bo przebiegające w znacznie niższych temperaturach. To trochę tak, jak porównanie szybkości reakcji utleniania – mamy błyskawiczne fajerwerki, a z drugiej strony rdzewiejący kawałek metalu. Chemicznie jest to taka sama reakcja.
Chemia organiczna Bennu
Zostawmy jednak chemię nieorganiczną. O wiele ważniejsze są związki organiczne, które badacze znaleźli w materiale z asteroidy. Mamy tu cały zestaw całkiem skomplikowanych związków organicznych. Co takiego tam znaleziono? Cegiełki, z których zbudowane są kwasy nukleinowe: wszystkie cztery zasady występujące w DNA, czyli adeninę, guaninę, cytozynę i tyminę, oraz uracyl, który występuje w RNA zamiast tyminy – co jest bardzo istotnym odkryciem. A co z aminokwasami? HA! Odkryto aż 14 z 20 aminokwasów, które znamy z życia na Ziemi. Nie odnaleziono jednak (jeszcze?) łańcuchów aminokwasowych, czyli prekursorów naszych białek. Tu jeszcze jedna uwaga – jeśli czytaliście o lustrzanym świecie, o którym pisał Marcin Czerwiński, to zapewne rodzi się w was pytanie: jaką odmianę aminokwasów znaleziono: L czy D? Otóż znaleziono mieszaninę racemiczną, czyli obie odmiany w równych proporcjach. Na tym etapie świat wydaje się więc symetryczny. Nadal pozostaje zagadką, dlaczego nagle zaczął preferować odmianę L. Co więcej, w próbkach meteorytów znajdowano do tej pory aminokwasy właśnie z pewną przewagą odmiany L. Istnienie mieszaniny równych ilości L i D jest tu co prawda logiczne, ale w sumie dość niezwykłe.
Wróćmy do zasad nukleinowych. Badacze poszukiwali nieco więcej, a mianowicie nukleotydów, czyli zestawów „trójkowych” złożonych z zasady nukleinowej, cząsteczki cukru oraz nieorganicznej grupy fosforanowej. Niestety, jak dotąd poszukiwania nukleotydów nie przyniosły rezultatów. Cukrów jak na razie też nie znaleziono.
Oprócz wymienionych wyżej związków uczeni znaleźli takie prostsze molekuły jak formaldehyd, aminy, kwasy karboksylowe, wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne oraz N-heterocykle. Prawdziwa prebiotyczna zupa.
Panspermia?
Już starożytny mędrzec, Anaksagoras, rozmyślając nad pochodzeniem życia na Ziemi spoglądał w niebo. Wysnuł hipotezę, że życie może właśnie stamtąd pochodzić, z przestrzeni kosmicznej. Hipoteza ta była stricte filozoficzna i w zasadzie pozbawiona twardych dowodów. W XX wieku temat podjął m.in. wybitny chemik Svante Arrhenius, który tę hipotezę obudował naukowo, uważając, że życie (jakkolwiek je definiować) wędruje w kosmosie dzięki wszechobecnemu ciśnieniu światła. W zasadzie panspermia przewija się tu i ówdzie w rozmowach naukowców, ale jak dotąd brak twardych dowodów na to, że tak właśnie pojawiło się tutaj życie.
Czy badania regolitu z Bennu w jakimś stopniu potwierdzają hipotezę panspermii? Byłbym bardzo ostrożny w stawianiu takiej tezy. OK, znaleziono sporo związków, zarówno nieorganicznych, jak też organicznych (i to całkiem złożonych). Tyle że od znalezienia kilku(dziesięciu) klocków do podziwiania kolorowego zamku zbudowanego z nich nadal jest strasznie długa droga.
Literatura dodatkowa
An evaporite sequence from ancient brine recorded in Bennu samples | Nature
- Wygląda na to, że nazwę Pyrrhotin (w języku niemieckim) nadał mu August Breithaupt w 1835 r. Ta wersja występuje niezmiennie w niemieckiej literaturze fachowej i została zapożyczona przez język polski. Wariant „zmutowany” z obocznym sufiksem (pyrrhotite) pojawił się nieco później (Pierre-Armand Dufrénoy 1847) i rozpowszechnił się we francuskim i angielskim. Mimo to nazwa pyrrhotine bywała nadal używana sporadycznie w angielskim. Oxford English Dictionary dopuszcza oba warianty. [autor przypisu: Piotr Gąsiorowski] ↩︎
Jak to się stało, że pozostały tylko l- aminokwasy z być może racemicznej „zupy” początkowej. Może tak: jedna konkretna „protokomórka” która zupełnie przypadkowo miała taką odmianę aminokwasów pozyskała (również przypadkowo) przewagę w zdolności przeżycia i po namnożeniu się całą konkurencję wykosiła. I to ona była naszym i całego ziemskiego życia pra, pra…praprzodkiem.
Ciekawe jak stare są te związki organiczne, czy pochodzą z tego samego obloku molekularnego co Uklad Sloneczny, czy może z międzygwiezdnych chmur związków w,ęgla latających sobie swobodnie po galaktyce
Ciekawe pytanie. Myślę, że odpowiedź (jeśli udałoby się ją poznać) dałaby nam sporo wiedzy. No i zapewne drugie tyle nowych pytań.
Bennu raczej nie jest ciałem pozaukładowym i powstała z tego samego dysku protoplanetarnego co reszta planet. Jej struktura luźno związanych odłamków skał może świadczyć o tym, że powstała w wyniku zderzenia/rozpadu większego obiektu, a uwodnione minerały o istnieniu wody w stanie ciekłym na asteroidzie (albo planecie) matce. Rozproszone po kolizji odłamki skupiły się pod wpływem własnej grawitacji tworząc zlepek zwany Bennu.
No dobrze, znaleziono wszystkie pięć zasad azotowych, 14 z 20 aminokwasów, ale ile znaleziono zasad i aminokwasów nieistotnych dla życia? Bo samo wymienienie tych ważnych tworzy wrażenie, obawiam się fałszywe, czy co najmniej przesadne, że zawartość asteroidy może pozostawać w jakimś związku z biogenezą. A przecież nie wiemy nawet na pewno, czy pierwotnym nośnikiem informacji protoorganizmów od razu musiało być (D|R)NA, a cegiełką budowy – aminokwas. Z drugiej strony wiedza, że to wszystko w kosmosie powstać mogło też nie za wiele nam wnosi – wiemy, że bywa tam ciepło, zimno, fruwa twarde promieniowanie, a że związki biotyczne mogą powstać „same”, z prostych substratów nieorganicznych poddanych torturom, wiemy już od Millera i Ureya.
Miło znaleźć bratnią wątpiącą duszę. Też uważam, że wybieranie wisienek z tortu nie jest metodą naukową.
Połowa nawet tych 14 aminokwasów nie jest istotna dla życia, bo mamy mieszaninę racemiczną obu enancjomerów. Jednak nikt nie twierdzi, że na Bennu znaleziono ślady życia, i raczej mało kto serio traktuje panspermię. Chodzi tylko o to, że procesy abiotyczne z dużą łatwością produkują najważniejsze „cegiełki”, z których powstało życie (i wiele innych, których życie nie wykorzystało).
Jest to też ważny „głos w dyskusji” o tym, czy chiralność ziemskiego życia utrwaliła się dzięki procesom zachodzącym na Ziemi, czy raczej asymetria chiralności była faworyzowana przez jakieś procesy fizyczne w całej okolicy Układu Słonecznego. To temat nie do końca rozstrzygnięty, ale racemiczniość związków z Bennu raczej przechyla szalę na korzyść poglądu o lokalnym, ziemskim pochodzeniu chiralności.
Byłby to drugi przykład asymetrii w skali makrokosmicznej obok materii-antymaterii.