Cukry z kosmosu: Przepis na życie z asteroidy Bennu

„To zmienia wszystko”, mówią naukowcy: co znaleziono w próbce

Analizy fragmentów Bennu ujawniły bogaty skład chemiczny. Zespoły badawcze donoszą o obecności prostych i złożonych cząsteczek organicznych, 14 z 20 aminokwasów wykorzystywanych w ziemskich białkach, wszystkich pięciu zasad azotowych występujących w DNA i RNA, związków zawierających amon oraz soli, które wskazują, że przez skałę przepływały niegdyś dawne, słone płyny. Nowy komunikat dodaje do tej listy rybozę i glukozę oraz identyfikuje zestaw minerałów ewaporatowych — bogatych w sód węglanów, siarczanów, chlorków i fosforanów — które wskazują na epizody występowania ciekłej wody, a następnie jej wysychania.

W ujęciu praktycznym naukowcy opisują Bennu jako kapsułę czasu. Skała ta powstała ponad 4,5 miliarda lat temu i zachowuje zarówno materię organiczną, jak i mineralogię w sposób, w jaki nie potrafią tego meteoryty spadające na Ziemię, ponieważ te ostatnie są często zanieczyszczone lub zmienione podczas wejścia w atmosferę i po lądowaniu. Kontrolowany powrót próbek misji OSIRIS‑REx oraz staranne przechowywanie w atmosferze azotu pozwoliły badaczom wykryć nietrwałe sole i lotne związki organiczne, które w przeciwnym razie zostałyby utracone.

Laboratoryjne śledztwo: jak naukowcy badają próbki planetoidy

Badanie materiału z planetoidy łączy skrupulatną kuratelę z szeregiem komplementarnych instrumentów. Próbki są otwierane w pomieszczeniach typu cleanroom, które wykluczają zanieczyszczenia ziemskie, i są przechowywane w komorach azotowych. Naukowcy badają poszczególne ziarna za pomocą tomografii komputerowej (CT) w celu zmapowania struktury wewnętrznej, mikroskopii elektronowej do rozdzielenia tekstur minerałów, dyfrakcji rentgenowskiej w celu zidentyfikowania faz krystalicznych oraz spektrometrii mas — w tym wysokorozdzielczej chromatografii gazowej i cieczowej sprzężonej z analizatorami mas — w celu identyfikacji cząsteczek organicznych i cukrów.

Pomiary izotopowe i układy radiogeniczne, takie jak układ lutet‑hafn lub inne zegary izotopowe stosowane w powiązanych próbkach, informują badaczy o czasie wystąpienia zmian i źródłach pierwiastków. Zespoły przeprowadzają również kontrolowane eksperymenty, aby sprawdzić, czy wykryte cząsteczki mogą być zanieczyszczeniami ziemskimi; w przypadku znalezienia aminokwasów, rybozy lub glukozy, badane są ich stosunki izotopowe (proporcje ciężkich do lekkich izotopów węgla, wodoru i azotu), aby ocenić ich pozaziemskie pochodzenie.

Ponieważ niektóre minerały są bardzo rozpuszczalne, wcześniejsze badania podkreślają, że te nietrwałe sole były widoczne tylko dlatego, że próbki nigdy nie były wystawione na działanie wilgotności otoczenia. Ten ochronny łańcuch nadzoru jest powodem, dla którego naukowcy mogą teraz dostrzec minerały ewaporatowe, które wskazują na dawne, lokalne kieszenie solanki wewnątrz ciała macierzystego Bennu.

„To zmienia wszystko”, mówią naukowcy: co to oznacza dla pochodzenia życia

Znalezienie rybozy, glukozy, zasad azotowych, fosforanów i zestawu aminokwasów w jednej planetoidzie zmienia dyskusję o tym, jak Ziemia pozyskała surowce dla życia. Wzmacnia to argument, że planetoidy i komety działały jako nośniki prebiotycznego inwentarza — biochemicznego zestawu narzędzi, który dotarł na młodą, bombardowaną Ziemię podczas fazy wielkiego bombardowania i zmieszał się z rodzącą się chemią planetarną.

Mimo to eksperci przestrzegają przed utożsamianiem chemii z biologią. W próbkach Bennu nie znaleziono żadnych żywych organizmów, a obecność składników nie jest równoznaczna z wykonaniem przepisu. Kilku badaczy określa Bennu jako spiżarnię pełną składników, a nie kuchnię, w której upieczono ciasto: odpowiednie związki mogą być obecne, ale precyzyjna sekwencja fizycznych i chemicznych kroków prowadzących do powstania samopodtrzymującego się życia pozostaje przedmiotem dodatkowych uwarunkowań.

Odkrycie to redefiniuje jednak sposób, w jaki naukowcy myślą o dostępności i różnorodności cząsteczek prebiotycznych we wczesnym Układzie Słonecznym. Jeśli słone mikrośrodowiska wewnątrz pierwotnych planetoid mogły koncentrować sole, fosforany i związki organiczne, byłyby one obiecującymi inkubatorami dla złożonej chemii na długo przed tym, jak Ziemia ustabilizowała się w warunkach nadających się do zamieszkania.

Jak to się łączy z innymi misjami powrotnymi

Wyniki te zbiegają się z ustaleniami z japońskich próbek Hayabusa2 z planetoidy Ryugu, które ujawniły dowody na to, że woda w stanie ciekłym przepływała niegdyś przez tę skałę i pozostawiła sygnatury izotopowe wymagające późnych ruchów płynów. Rozpatrywane łącznie, Bennu i Ryugu pokazują, że chemia woda‑skała i synteza organiczna nie były unikalne dla jednego obiektu: wiele pierwotnych ciał niebieskich zachowało ślady wodnych przemian i złożoną materię organiczną, choć każde z nich rejestruje inną historię termiczną i wiek ekspozycji na powierzchni.

Implikacje dla panspermii i ograniczenia tych twierdzeń

Pytania dotyczące panspermii — idei, że życie lub jego budulce są transportowane między światami — stają się bardziej aktualne, gdy pojedyncza planetoida przenosi tak szeroki zestaw związków prebiotycznych. Znaleziska z Bennu uwiarygodniają tezę, że Ziemia otrzymała z kosmosu bogaty chemicznie ładunek. Podnoszą one również możliwość, że inne światy otrzymały podobne dostawy, co wpływa na szacunki prawdopodobieństwa pojawienia się życia w innych układach planetarnych.

Jednak nawet przy pełnej spiżarni cząsteczek, przejście do samopowielającej się chemii wytwarzającej życie jest niebagatelne. Eksperymenty laboratoryjne pokazują, że wiele reakcji wytwarzających polimery biologiczne wymaga określonych nakładów energii, katalizatorów i środowisk. Chemia Bennu wskazuje na obiecujące miejsca — słone, bogate w amoniak mikro‑zbiorniki — gdzie takie reakcje mogłyby zachodzić, ale nie dowodzi, że doprowadziły one do powstania życia na tej planetoidzie.

Dlaczego naukowcy zachowują próbki na przyszłość

Do tej pory przeanalizowano jedynie ułamek materiału z Bennu. Zespoły celowo rezerwują części kolekcji dla przyszłych naukowców i metod, które jeszcze nie istnieją. Taka piecza odzwierciedla świadomość, że technologia analityczna rozwija się gwałtownie; techniki izotopowe, molekularne i obrazowania dostępne za dekadę mogą odpowiedzieć na pytania, których obecne instrumenty nie są w stanie rozwiązać.

Co zwykli czytelnicy powinni zapamiętać

Główny wniosek jest istotny: pozaziemska skała zawiera wiele cząsteczek, których życie używa na Ziemi, w tym cukrowy szkielet RNA. Wzmacnia to modele, w których planetoidy dostarczyły niezbędną chemię prebiotyczną na wczesną Ziemię i sugeruje, że składniki życia są powszechne w Układzie Słonecznym. Nie oznacza to jednak, że życie narodziło się w kosmosie ani że odkryliśmy obce organizmy. Próbki Bennu raczej doprecyzowują wiedzę o surowcach i środowiskach dostępnych w latach formowania się Układu Słonecznego i dają naukowcom laboratoryjnym nowy, niezanieczyszczony materiał do badania tego, jak chemia może ewoluować w stronę biologii.

Odkrycie to ma natychmiastowe konsekwencje dla tego, gdzie będziemy szukać w następnej kolejności: misje do komet, kolejne powroty próbek z różnych planetoid oraz dalsza analiza materiału z Ryugu i Bennu doprecyzują modele planetarnej ewolucji chemicznej. Na razie planetoida zaoferowała wyraźniejszą odpowiedź na pytanie „Jakie składniki budujące życie znaleziono w próbce planetoidy?” — a odpowiedź ta brzmi: bogaty i nieoczekiwanie kompletny inwentarz.

Źródła

• Nature (prace badawcze dotyczące analiz planetoidy Bennu)
• NASA (misja OSIRIS‑REx i kuratela nad próbkami)
• Uniwersytet Tohoku (materiały prasowe i oświadczenia głównego badacza)
• Smithsonian Institution (komentarze dotyczące analizy i kurateli nad próbkami)
• Muzeum Historii Naturalnej w Londynie (studia laboratoryjne i kuratela)