Dodano: 27 kwietnia 2022r.

Kluczowe elementy życia na Ziemi znalezione w meteorytach

W badaniach sprzed kilku dekad wykazano, że meteoryty zawierają niektóre, ale nie wszystkie, zasady azotowe nukleotydów, z których uformowało się DNA i RNA. Korzystając z ponownych analiz trzech meteorytów, które przed laty uderzyły w Ziemię, naukowcy właśnie znaleźli brakujące elementy, co może potwierdzać tezę, że chemia niezbędna do powstania życia pochodziła z kosmosu.

Kluczowe elementy życia na Ziemi znalezione w meteorytach

 

DNA i RNA zawiera instrukcje budowy i działania każdej żywej istoty na Ziemi. Składa się z elementów informacyjnych, zwanych zasadami nukleinowymi. Występuje pięć podstawowych zasad: dwie purynowe – adenina i guanina i trzy pirymidynowe – cytozyna, tymina i uracyl. Do tej pory naukowcy badający próbki pozaziemskie znaleźli guaninę, adeninę i uracyl. Jednak niedawna analiza przeprowadzona przez zespół naukowców pod kierunkiem profesora Yasuhiro Oby z Uniwersytetu Hokkaido w Japonii zidentyfikowała dwie wcześniej niedostrzeżone – cytozynę i tyminę. To oznacza, że wszystkie zasady azotowe budujące DNA i RNA, czyli wszystkie kluczowe elementy budulcowe życia na Ziemi zostały znalezione w meteorytach, co z kolei sugeruje, że kosmiczne skały mogły dostarczyć na naszą planetę odpowiednie związki, przyczyniając się do powstania życia.

- Mamy teraz dowody na to, że kompletny zestaw zasad nukleinowych używanych przez obecne życie mógł być dostępny na Ziemi, gdy to się pojawiło – powiedział Danny Glavin z NASA Goddard Space Flight Center, współautor badań.

Wyniki nowych analiz ukazały się na łamach pisma „Nature Communications” (DOI: 10.1038/s41467-022-29612-x).

Brakująca cytozyna i tymina

Klasa cząsteczek organicznych zwanych purynami i pirymidynami jest bardzo różnorodna. - Puryny i pirymidyny są wyjątkowe, ponieważ nie wykazują różnorodności strukturalnej w meteorytach węglowych, w przeciwieństwie do innych klas związków organicznych, takich jak aminokwasy i węglowodory – powiedział Oba, główny autor artykułu. - Ponieważ puryny i pirymidyny można syntetyzować w środowiskach pozaziemskich, jak wykazaliśmy w naszych własnych badaniach, można by oczekiwać, że w meteorytach znajdzie się szeroka różnorodność tych organicznych cząsteczek - dodał.

Nowo odkryta para zasad nukleinowych, cytozyna i tymina, była nieuchwytna w poprzednich analizach, prawdopodobnie ze względu na ich bardziej delikatną strukturę, która mogła ulec degradacji, gdy naukowcy przed laty pobierali próbki. We wcześniejszych eksperymentach uczeni umieszczali ziarna meteorytu w gorącej kąpieli, aby umożliwić cząsteczkom z próbki ekstrakcję do roztworu, a następnie przeanalizowanie ich składu. - Badamy te ekstrakty wodne, ponieważ zawierają one dobre składniki, starożytne cząsteczki organiczne, które mogły być kluczowymi elementami budulcowymi życia na Ziemi – powiedział Glavin.

Ze względu na to, jak delikatne są te dwie zasady nukleinowe, zespół początkowo był sceptyczny, że w ogóle uda mu się zobaczyć je w próbkach. Jednak w nowych analizach badacze skorzystali z zimnej wody do ekstrakcji związków, zamiast z gorącego kwasu mrówkowego, który jest bardzo reaktywny i mógł zniszczyć te delikatne molekuły w poprzednich próbkach. Ogromne znaczenie miało też wykorzystanie najnowszych, niezwykle czułych metod badawczych, które mogły wychwycić ślady zasad.

Odkrycia te nie dostarczają dowodów na to, że życie na Ziemi otrzymało pomoc z kosmosu. Jednak skompletowanie zestawu zasad nukleinowych, które tworzą dzisiejsze życie, oprócz innych molekuł znalezionych w próbkach, daje naukowcom, którzy próbują zrozumieć początek życia, więcej możliwości i związków do eksperymentowania w laboratorium. Ta analiza nie tylko wzbogaciła zestaw dla tych, którzy modelują powstanie życia na Ziemi, ale także stanowi dowód na skuteczne działanie techniki wydobywania informacji z asteroid, co może się przydać już niebawem w przypadku próbek pobranych przez misję OSIRIS-REx z asteroidy Bennu, które zmierzają w kierunku Ziemi.

Panspermia

Wczesna Ziemia była bardzo nieprzyjaznym miejscem, czasami wystarczająco gorącym, by rozerwać na strzępy molekuły niezbędne do powstania życia. Rodzi to oczywiste pytanie, skąd wzięły się elementy budulcowe życia, gdy planeta się ochłodziła? Oczywistą odpowiedzią są asteroidy i komety.

Koncepcja, według której życie, czy bardziej jego elementy budulcowe istnieją w kosmosie i są rozprowadzane pomiędzy planetami, gwiazdami, a nawet galaktykami przez asteroidy, komety, meteoroidy i planetoidy nazywa się panspermią. Jednak sama koncepcja nie wyjaśnia powstania życia. Mówi ona o możliwości jego roznoszenia po planetach czy galaktykach przez różnorakie obiekty w przestrzeni kosmicznej.

Początków tej koncepcji można doszukać się u greckiego filozofa Anaksagorasa, ale jej rozkwit z wieloma wariantami przypada na wiek XIX oraz XX. Hipoteza ta zyskała na popularności, gdy guanina, adenina i uracyl, zasady azotowe, które pomagają w tworzeniu DNA i RNA, zostały znalezione w meteorytach wraz z pięcioma innymi zasadami. Te chemikalia są elementami budulcowymi życia, ale są niekompletne, by życie powstało. Ogłoszenie, że brakujące podstawowe zasady nukleinowe - cytozyna i tymina - zostały po raz pierwszy znalezione w meteorytach, wypełnia dużą lukę.

Trzy meteoryty

Cytozynę i tyminę znaleziono w ponownie przebadanych meteorytach – chondrytach węglistych - Murchison, Murray i Tagish Lake. Te kosmiczne skały zostały znalezione odpowiednio: w 1969 roku w Australii, w 1933 stanie Oklahoma w USA i w 2000 roku w prowincji Kolumbia Brytyjska w Kanadzie. Te same próbki zawierają również strukturalne izomery (związki o identycznych wzorach cząsteczkowych, ale różniące się sposobami lub kolejnością wiązań atomowych) zasad pirymidynowych.

Wszystkie trzy meteoryty zostały wybrane, ponieważ są bogate w węgiel i zostały zebrane wkrótce po uderzeniu w Ziemię. Meteoryt Murchison był dla naukowców szczególny. Wcześniej znaleziono w nim 96 różnych aminokwasów.

Zespół zmierzył również obfitość substancji chemicznych w glebie zebranej z okolicy uderzenia meteorytu Murchison, a następnie porównał wyniki uzyskane z próbek meteorytów z wartościami z gleby. W przypadku niektórych wykrytych związków wartości z meteorytów były większe niż w otaczającej glebie, co sugeruje, że związki te dotarły na Ziemię w kosmicznych skałach. Gleba pozbawiona była także izomerów, a gdyby doszło do skażenia ziemskimi związkami, izomery powinny być obecne również w glebie.

Nadal nie wiadomo, czy znalezione w meteorytach podstawowe składniki życia pochodziły z kosmosu, czy zamiast tego powstały w ciepłej prebiotycznej zupie związków organicznych na młodej Ziemi. Nowe odkrycia dodają kolejne argumenty do koncepcji, że prekursory życia pierwotnie pochodziły z kosmosu.

 

Źródło: NASA's Goddard Space Flight Center, fot. NASA Goddard/CI Lab/Dan Gallagher