Сахара из космоса: рецепт жизни в образцах Бенну

«Это меняет всё», — говорят ученые: что было обнаружено в образце

Анализ фрагментов Bennu выявил богатый химический состав. Команды исследователей сообщают о простых и сложных органических молекулах, 14 из 20 аминокислот, используемых в земных белках, всех пяти нуклеиновых основаниях, входящих в состав ДНК и РНК, аммонийсодержащих соединениях и солях, которые указывают на то, что когда-то через породу протекали древние рассолы. Новое объявление добавляет к этому списку рибозу и глюкозу, а также идентифицирует набор эвапоритовых минералов — богатых натрием карбонатов, сульфатов, хлоридов и фосфатов, — которые указывают на эпизоды воздействия жидкой воды и последующего высыхания.

С практической точки зрения ученые описывают Bennu как капсулу времени. Эта порода сформировалась более 4,5 миллиардов лет назад и сохраняет как органику, так и минералогию таким образом, который недоступен метеоритам, падающим на Землю, поскольку последние часто загрязняются или изменяются при входе в атмосферу и после приземления. Контролируемая доставка образцов OSIRIS‑REx и тщательное хранение в азотной среде позволили исследователям обнаружить хрупкие соли и летучие органические вещества, которые в противном случае были бы утеряны.

Лабораторный поиск: как ученые исследуют образцы астероидов

Тестирование астероидного материала сочетает в себе тщательное хранение с использованием целого ряда взаимодополняющих инструментов. Образцы распечатываются внутри чистых помещений, исключающих земное загрязнение, и содержатся в азотных боксах. Ученые исследуют отдельные зерна с помощью компьютерной томографии для картирования внутренней структуры, электронной микроскопии для разрешения текстуры минералов, рентгеновской дифракции для идентификации кристаллических фаз и масс-спектрометрии — включая газовую и жидкостную хроматографию высокого разрешения в сочетании с масс-анализаторами — для идентификации органических молекул и сахаров.

Изотопные измерения и радиогенные системы, такие как лютеций-гафний или другие изотопные часы, используемые на родственных образцах, рассказывают исследователям о времени изменений и источниках элементов. Группы также проводят контрольные эксперименты, чтобы проверить, не являются ли обнаруженные молекулы земным загрязнением; когда обнаруживаются аминокислоты, рибоза или глюкоза, изучаются их изотопные отношения (соотношения тяжелых и легких изотопов углерода, водорода и азота) для оценки внеземного происхождения.

Поскольку некоторые минералы очень легко растворяются, в предыдущих исследованиях подчеркивалось, что эти хрупкие соли стали видимы только потому, что образцы никогда не подвергались воздействию окружающей влажности. Именно этот защищенный протокол обращения с образцами позволил ученым увидеть эвапоритовые минералы, указывающие на древние локальные скопления рассола внутри родительского тела Bennu.

«Это меняет всё», — говорят ученые: что это значит для происхождения жизни

Обнаружение рибозы, глюкозы, нуклеиновых оснований, фосфатов и целого перечня аминокислот в одном астероиде меняет представление о том, как Земля получила исходные материалы для жизни. Это укрепляет гипотезу о том, что астероиды и кометы служили средствами доставки пребиотического инвентаря — биохимического инструментария, который прибыл на молодую, подвергавшуюся ударам Землю в фазу поздней тяжелой бомбардировки и смешался с зарождающейся химией планеты.

Тем не менее, эксперты предостерегают от поспешного перехода от химии к биологии. В образцах Bennu не было обнаружено живых организмов, а наличие ингредиентов не означает, что рецепт был реализован. Ряд исследователей характеризуют Bennu скорее как кладовую, полную компонентов, а не как кухню, где был испечен торт: нужные соединения могут присутствовать, но точная последовательность физических и химических шагов, производящих самоподдерживающуюся жизнь, остается предметом дополнительных ограничений.

Однако это открытие пересматривает взгляды ученых на доступность и разнообразие пребиотических молекул в ранней Солнечной системе. Если соленые микросреды внутри примитивных астероидов могли концентрировать соли, фосфаты и органику, они могли бы быть многообещающими инкубаторами для сложной химии задолго до того, как на Земле установились пригодные для жизни условия.

Как это связано с другими миссиями по доставке образцов

Эти результаты по Bennu перекликаются с данными, полученными при анализе образцов с астероида Ryugu японской миссией Hayabusa2, которые выявили доказательства того, что жидкая вода когда-то текла через эту породу, оставив изотопные сигнатуры, указывающие на позднее движение жидкости. В совокупности Bennu и Ryugu показывают, что химическое взаимодействие воды и камня, а также органический синтез не были уникальными для одного объекта: множество примитивных тел сохранили следы влажного изменения и сложные органические вещества, хотя каждое из них фиксирует разную термическую историю и возраст экспозиции на поверхности.

Значение для панспермии и ограничения гипотезы

Вопросы о панспермии — идее о том, что жизнь или ее строительные блоки переносятся между мирами — становятся более актуальными, когда один астероид несет столь широкий набор пребиотических соединений. Находки на Bennu делают правдоподобным то, что Земля получила химически богатый груз из космоса. Они также повышают вероятность того, что другие миры получали аналогичные поставки, что корректирует вероятностные оценки возникновения жизни в других планетных системах.

Но даже при наличии «кладовой» молекул, переход к самовоспроизводящейся химии, порождающей жизнь, не является тривиальным. Лабораторные эксперименты показывают, что многие реакции, производящие биологические полимеры, требуют определенных затрат энергии, катализаторов и условий среды. Химия Bennu указывает на многообещающие места — соленые, богатые аммиаком микро-бассейны, — где такие реакции могли бы протекать, но она не доказывает, что на этом астероиде они действительно привели к возникновению жизни.

Почему ученые сохраняют часть образцов для будущего

На сегодняшний день проанализирована лишь часть материала Bennu. Команды намеренно резервируют порции коллекции для будущих ученых и методов, которых еще не существует. Такое ответственное хранение отражает понимание того, что аналитические технологии быстро совершенствуются; изотопные, молекулярные и визуализационные методы, которые появятся через десятилетие, могут дать ответы на вопросы, непосильные для современного инструментария.

Что стоит знать обычному читателю

Главный вывод значим: внеземная порода содержит многие молекулы, которые жизнь использует на Земле, включая сахарный остов РНК. Это укрепляет модели, согласно которым астероиды внесли вклад в важнейшую пребиотическую химию ранней Земли, и предполагает, что ингредиенты для жизни широко распространены в Солнечной системе. Однако это не означает, что жизнь зародилась в космосе или что мы обнаружили инопланетные организмы. Скорее, образцы Bennu уточняют состав исходных материалов и условий, доступных в годы формирования Солнечной системы, и дают лабораторным ученым новый, незагрязненный материал для проверки того, как химия могла сделать шаг в сторону биологии.

Открытие имеет непосредственные последствия для того, куда мы направим поиски в следующий раз: миссии к кометам, новые доставки образцов с различных астероидов и продолжение анализа материалов Ryugu и Bennu — всё это позволит уточнить модели химической эволюции планет. На данный момент астероид дал более четкий ответ на вопрос «Какие строительные блоки жизни были найдены в образце астероида?» — и этот ответ представляет собой богатый и неожиданно полный инвентарь.

Источники

• Nature (исследовательские работы по анализу астероида Bennu)
• NASA (миссия OSIRIS‑REx и хранение образцов)
• Tohoku University (пресс-материалы и заявления ведущих исследователей)
• Smithsonian Institution (комментарии по анализу и хранению образцов)
• Natural History Museum, London (кураторство и лабораторные исследования)