Kajian terkini mengenai sampel daripada asteroid BennuSampel-sampel yang ditemui oleh NASA dan dianalisis di makmal-makmal di seluruh dunia, secara dramatiknya mengubah pemahaman kita tentang asal-usul apa yang dipanggil "blok binaan kehidupan." Bahan yang dibawa kembali ke Bumi pada tahun 2023 telah mendedahkan kehadiran asid amino, molekul asas untuk membina protein, tetapi ia juga telah membentangkan senario pembentukan yang sangat berbeza daripada yang diandaikan sebelum ini.
Satu kajian yang diselaraskan oleh saintis dari Universiti Negeri Pennsylvania (Penn State) Satu kajian yang diterbitkan dalam jurnal saintifik Proceedings of the National Academy of Sciences menunjukkan bahawa sebahagian daripada asid amino di Bennu mungkin telah dihasilkan dalam persekitaran yang sangat sejuk dan radioaktif pada peringkat awal sistem suria, dan bukan secara eksklusif dalam persekitaran akueus yang sederhana. Perubahan perspektif ini membuka semula perdebatan tentang bagaimana dan di mana komponen kimia yang, kemudiannya, memudahkan kemunculan kehidupan di Bumi boleh timbul.
"Bata kehidupan" dalam batu purba
Analisis yang dijalankan selepas bahan itu tiba di planet kita mengesahkan bahawa Bennu mengandungi asid amino seperti glisinAsid amino merupakan salah satu molekul organik yang paling ringkas tetapi paling asas. Ia bergabung bersama untuk membentuk protein, yang bertindak sebagai jentera asas untuk hampir semua proses biologi, jadi penemuan molekul-molekul ini pada asteroid mengukuhkan idea bahawa sebahagian daripada kimia yang diperlukan untuk kehidupan mungkin berasal dari luar Bumi.
Secara khususnya, glisina, yang terdiri daripada hanya dua atom karbon, dianggap sebagai penunjuk utama kimia prebiotikkerana ia boleh muncul di bawah keadaan kimia yang sangat pelbagai. Hakikat bahawa ia telah dikesan pada Bennu dan jasad lain dalam sistem suria, seperti komet atau meteorit tertentu, selama bertahun-tahun telah mendorong hipotesis bahawa objek-objek ini mungkin bertindak sebagai kenderaan yang mengangkut sebatian organik ke Bumi primitif.
Asteroid Bennu ialah jasad yang kaya dengan karbon dengan usia hampir 4.600 berjuta-juta tahunIni menjadikannya sejenis kapsul masa tentang asal-usul sistem suria. Orbitnya yang dekat dengan Bumi dan komposisinya telah mendorong NASA untuk memilihnya sebagai sasaran misi OSIRIS-REx, tepatnya untuk mengkaji jenis bahan primordial ini secara langsung.
Menurut anggaran daripada penyelidik, yang membahagikan sampel antara pasukan antarabangsa yang berbeza, peratusan ketara sebatian yang ditemui pada Bennu sesuai dengan jenis molekul organik kompleks yang boleh membantu membenamkan permukaan Bumi dengan bahan-bahan penting untuk kehidupan berbilion tahun yang lalu.
Dalam konteks ini, asid amino yang dikesan dalam asteroid ditafsirkan sebagai "blok binaan kehidupan" yang tulen: blok binaan kimia yang ringkas tetapi penting yang akan memainkan peranan penting dalam evolusi kimia biologi seterusnya, baik di planet kita mahupun, berpotensi, di dunia lain.
120 gram bahan untuk menulis semula teori
Misi OSIRIS-REx NASA dilancarkan dengan matlamat untuk untuk mengumpul dan mengembalikan sampel Bennu ke BumiIni dicapai selepas beberapa tahun perjalanan dan manuver mengelilingi asteroid tersebut. Pada tahun 2020, kapal angkasa itu berjaya menangkap habuk dan serpihan kecil dari permukaannya, yang disimpan dalam kapsul yang direka khas untuk perjalanan pulang.
Pada bulan September 2023, ketika prob itu melintas dekat dengan planet kita sekali lagi, ia melepaskan kapsul itu, yang turun dan mendarat di Gurun Utah (Amerika Syarikat)Dari situ ia telah ditemui oleh pasukan khusus dan dipindahkan ke kemudahan keselamatan tinggi untuk mencegah sebarang jenis pencemaran yang boleh mengubah sampel.
Secara keseluruhannya, kira-kira 120 gram bahanlebih kurang berat sebatang sabun. Jumlah ini adalah dua kali ganda daripada minimum yang telah ditetapkan sebagai matlamat misi, yang telah membolehkan bahagian diagihkan kepada kumpulan penyelidikan yang berbeza, termasuk pasukan Penn State yang bertanggungjawab untuk kajian mengenai asid amino.
Walaupun ia mungkin kelihatan seperti jumlah yang kecil, serbuk yang tersedia untuk beberapa analisis yang paling halus tidak dapat memenuhi sesudu teh pun. Saintis terpaksa menggunakan... instrumen analisis yang sangat sensitifmampu mengukur jejak molekul yang sangat kecil dan, yang paling penting, isotopnya, iaitu variasi dalam jisim atom yang menawarkan petunjuk tentang asal usulnya dan keadaan di mana ia terbentuk.
Keutamaan para penyelidik adalah mencirikan dengan terperinci sepenuhnya Komposisi kimia sampel telah dianalisis, dengan memberi tumpuan kepada sebatian organik seperti glisin. Hasil daripada penambahbaikan dalam teknik pengukuran isotop, pasukan tersebut dapat mengesan perbezaan yang sangat halus yang, tanpa kemajuan teknologi ini, tidak akan disedari dan akan mengehadkan kesimpulan kajian dengan ketara.
Asal beku dan radioaktif untuk glisin Bennu
Sehingga baru-baru ini, penjelasan yang paling diterima secara meluas untuk pembentukan asid amino dalam asteroid adalah berdasarkan apa yang dipanggil Sintesis StreckerMekanisme kimia ini, yang memerlukan air cecair suam, melibatkan tindak balas molekul seperti hidrogen sianida, ammonia dan aldehid atau keton tertentu. Di bawah keadaan yang agak sederhana ini, dianggap bahawa sebahagian besar asid amino yang terdapat dalam meteorit kaya karbon berasal.
Walau bagaimanapun, kajian yang diketuai oleh Penn State menunjukkan bahawa Glisin yang ditemui pada Bennu Ia tidak begitu sesuai dengan model ini. Analisis terperinci tentang komposisi isotopnya menunjukkan bahawa, sekurang-kurangnya sebahagiannya, ia berasal dari persekitaran yang sangat berbeza: ais pepejal yang tertakluk kepada radiasi di kawasan yang jauh dan sejuk di sistem suria awal.
Di kawasan luar tersebut, jauh dari Matahari, suhu yang sangat rendah akan membolehkan air dan sebatian lain membeku, manakala radiasi dari persekitaran angkasa lepas akan mengubah suai molekul secara beransur-ansur dari semasa ke semasa. Di bawah senario ini, para penyelidik mencadangkan bahawa mereka boleh asid amino boleh terbentuk tanpa memerlukan air cecair suamIni dengan ketara memperluaskan pelbagai keadaan di mana ia mungkin untuk menjana komponen asas kehidupan.
Allison Baczynski, seorang penyelidik geosains di Penn State dan penulis utama bersama kertas kerja ini, berpendapat bahawa hasil ini mendorong kita untuk memikirkan semula naratif klasik mengenai pembentukan asid amino dalam jasad minor. Menurut saintis itu, data Bennu menunjukkan bahawa kimia prebiotik boleh menjadi jauh lebih pelbagai daripada yang dicadangkan oleh model yang difokuskan pada persekitaran akueus sederhana.
Kehadiran glisin dan asid amino lain dalam asteroid yang mungkin terbentuk di kawasan yang sangat sejuk mengukuhkan idea bahawa sintesis molekul organik kompleks Ia tidak terhad kepada satu jenis persekitaran sahaja. Ini membuka pintu kepada idea bahawa, dalam sistem planet lain, kombinasi ais, radiasi dan bahan kaya karbon yang serupa yang mampu menjana "blok binaan kehidupan" boleh berlaku dengan agak kerap.
Bennu lawan meteorit Murchison: dua kisah kimia
Untuk mengkontekstualisasikan penemuan mereka, pasukan Penn State membandingkan sampel Bennu dengan sampel MurchisonMurchison, salah satu meteorit yang paling banyak dikaji di dunia, jatuh di Australia pada tahun 1969. Ia terkenal dengan kandungan sebatian organiknya yang tinggi dan telah berfungsi selama beberapa dekad sebagai rujukan untuk mentafsirkan bagaimana asid amino terbentuk dalam jasad kaya karbon.
Dalam kes Murchison, bukti menunjukkan bahawa banyak asid aminonya dihasilkan dengan tepat melalui proses yang berkaitan dengan air cecair dan suhu sederhanaMungkin dalam jasad progenitor yang mengalami sedikit pemanasan awal. Gambaran ini sesuai dengan teori yang meletakkan asal usul kebanyakan kimia prebiotik dalam persekitaran akueus yang agak stabil.
Apa yang menarik perhatian ialah, apabila membandingkan tanda isotop asid amino daripada Bennu dengan asid amino daripada Murchison, para penyelidik mendapati perbezaan yang sangat ketaraKhususnya, corak isotop karbon dan nitrogen di Bennu tidak sepadan dengan yang dijangkakan jika ia terbentuk semata-mata melalui laluan akueus yang sama yang dicadangkan untuk meteorit Australia.
Ophélie McIntosh, pengarang bersama utama kajian ini, menyatakan bahawa percanggahan ini menunjukkan bahawa badan nenek moyang Bennu dan Murchison Mereka berasal dari kawasan sistem suria yang berbeza secara kimia. Walaupun satu akan menghabiskan sebahagian daripada sejarahnya dalam persekitaran dengan air cecair, yang satu lagi nampaknya mengekalkan keadaan yang lebih sejuk dan lebih berais, yang sesuai untuk proses sintesis yang didorong oleh radiasi.
Perbandingan antara Bennu dan Murchison ini menunjukkan bahawa Tiada satu laluan dominan untuk pembentukan asid amino dalam asteroid dan meteorit. Sebaliknya, keputusan menunjukkan pelbagai proses dan konteks persekitaran yang mampu menghasilkan jenis molekul yang sama, tetapi dengan "tandatangan" isotop yang jelas berbeza yang mendedahkan asal usulnya.
Implikasi terhadap asal usul kehidupan di Bumi
Dapatan kajian ini memberi impak langsung kepada perbincangan tentang Bagaimanakah bahan-bahan asas ini sampai ke Bumi? untuk kehidupan timbul. Jika asid amino boleh terbentuk di bawah julat keadaan yang lebih luas daripada yang difikirkan sebelum ini, ia meningkatkan kemungkinan objek seperti Bennu menyumbang pelbagai bahan organik ke permukaan Bumi pada peringkat awalnya.
Semasa beberapa ratus juta tahun pertama sejarah planet ini, Bumi kerap dilanggar oleh asteroid dan komet. Jika kebanyakannya membawa sebatian organik yang telah terbentuk, seperti yang dikesan pada Bennu, adalah munasabah untuk berfikir bahawa ia menyumbang kepada memperkayakan lautan primitif dengan campuran molekul prebiotik yang kompleks.
Hakikat bahawa glisin dan asid amino lain mungkin telah dihasilkan dalam ais yang disinari dari zon luar Evolusi sistem suria menunjukkan bahawa bahan organik yang sampai ke Bumi mungkin berasal dari kawasan yang sangat jauh, dan bukan hanya dari kawasan sekitar orbit Bumi. Ini memberikan dimensi yang lebih "kosmik" kepada asal usul kehidupan, dalam erti kata bahawa bahan-bahannya tidak terhad kepada kawasan sekitar Matahari.
Dari perspektif Eropah dan Sepanyol, karya-karya ini amat relevan untuk astrobiologi dan penerokaan planetIni adalah dua bidang di mana Agensi Angkasa Eropah (ESA) dan pelbagai pusat penyelidikan di seluruh benua terlibat secara besar-besaran. Projek seperti misi ke komet dan asteroid, atau kajian eksoplanet, mendapat manfaat secara langsung daripada pemahaman yang lebih halus tentang kimia prebiotik dalam sistem suria.
Di Sepanyol, kumpulan penyelidikan di universiti dan badan awam mengambil bahagian dalam analisis meteorit dan simulasi persekitaran prebiotikOleh itu, keputusan seperti yang diperoleh dengan Bennu membantu membimbing eksperimen makmal baharu dan model teori yang cuba membina semula apa yang mungkin berlaku di Bumi awal.
Misteri baharu: isotop, tangan kiri dan kanan
Kajian ini bukan sahaja mengembangkan bilangan senario yang mungkin untuk pembentukan asid amino, tetapi juga Ini menimbulkan persoalan selanjutnya.Salah satunya berkaitan dengan kelakuan isotop bagi dua "versi" asid amino tertentu, seperti asid glutamik, yang wujud dalam bentuk imej cermin: "tangan kiri" dan "tangan kanan".
Pada mulanya, kedua-dua bentuk dijangka mempunyai tandatangan isotop nitrogen yang serupaOleh kerana, secara kimia, kedua-duanya hanya berbeza dalam geometri ruangnya. Walau bagaimanapun, dalam sampel dari Bennu, kedua-dua varian ini telah diperhatikan mempunyai nilai nitrogen yang jelas berbeza, satu hasil yang saintis kini tidak dapat jelaskan dengan model yang ada.
Tingkah laku yang tidak dijangka ini menunjukkan bahawa sesuatu mungkin dipertaruhkan. proses kimia yang belum diterangkanatau keadaan persekitaran tertentu yang mungkin memihak kepada salah satu daripada dua versi asid amino secara berbeza. Memahami apa yang tersembunyi di sebalik perbezaan ini boleh memberikan petunjuk mengapa, di Bumi, kehidupan lebih suka menggunakan salah satu "tangan" asid amino berbanding yang lain.
Penulis kajian mengakui bahawa, selepas analisis awal ini, mereka kini telah Lebih banyak soalan daripada jawapanLangkah seterusnya adalah untuk memeriksa meteorit lain dan bahan kaya karbon untuk melihat sama ada ia menunjukkan corak yang serupa dengan Bennu, Murchison, atau sebaliknya, terdapat kepelbagaian yang lebih besar dalam tandatangan isotop dan laluan pembentukan asid amino.
Kajian ini menunjukkan pandangan tentang sistem suria awal sebagai persekitaran kimia yang sangat pelbagaiDalam teori ini, pelbagai jenis jasad angkasa akan mencatatkan, dalam batuan dan ais mereka sendiri, sejarah sintesis organik yang berbeza. Membaca sejarah ini melalui isotop telah menjadi salah satu kunci untuk membina semula langkah-langkah sebelum kemunculan kehidupan.
Semuanya menunjukkan bahawa Bennu akan menjadi sumber data asas untuk tahun-tahun akan datang, membantu kita memahami bagaimana "blok binaan kehidupan" terbentuk dan diagihkan dalam sistem suria. Apabila kemajuan analisis dan hasil baharu ditambah, gambaran masa lalu yang jauh itu akan menjadi lebih halus, masa lalu di mana, bermula dari molekul organik kecil Seperti yang dikesan pada asteroid ini, sejarah kehidupan kompleks yang kita ketahui hari ini di Bumi mula ditulis.
