Przystanek nauka - portal Uniwesytetu Śląskiego w Katowicach

Asteroida Bennu dostarcza nowych wskazówek dotyczących formowania się wczesnego Układu Słonecznego i pochodzenia życia. W ramach trwających wciąż badań próbek dostarczonych na Ziemię przez sondę kosmiczną NASA OSIRIS-REx (Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, and Security-Regolith Explorer) opublikowano trzy nowe artykuły w czasopismach „Nature Geoscience” i „Nature Astronomy”. Naukowcy przedstawili tam swoje niezwykłe odkrycia, a mianowicie cukrów niezbędnych dla biologii, substancji przypominającej gumę, której wcześniej nie obserwowano w astromateriałach, oraz nieoczekiwanie dużą ilość pyłu powstającego w wyniku eksplozji supernowych.

Cukry niezbędne do życia

Naukowcy pod kierownictwem Yoshihiro Furukawy z Uniwersytetu Tohoku w Japonii odkryli w próbkach z Bennu cukry niezbędne dla biologii Ziemi, a swoje odkrycie opisali w czasopiśmie „Nature Geoscience”. Znaleźli pięciowęglowy cukier rybozę oraz, po raz pierwszy w próbce pozaziemskiej, sześciowęglową glukozę. Chociaż cukry te nie stanowią dowodu na istnienie życia, ich wykrycie, wraz z wcześniejszymi detekcjami w próbkach z Bennu aminokwasów, zasad azotowych i kwasów karboksylowych, dowodzi, że podstawowe budulce cząsteczek biologicznych – ale podkreślmy: typowych dla życia na Ziemi – były rozpowszechnione w Układzie Słonecznym. Na naszej planecie cukry deoksyryboza i ryboza są kluczowymi elementami budulcowymi DNA i RNA. DNA jest głównym nośnikiem informacji genetycznej w komórkach. RNA pełni liczne funkcje, a życie, jakie znamy, nie mogłoby bez niego istnieć. Ryboza w RNA jest wykorzystywana w „szkielecie” cukrowo-fosforanowym cząsteczki, który łączy łańcuch zasad azotowych przenoszących informacje.

Odkrycie rybozy w próbkach asteroid nie jest całkowitym zaskoczeniem. Rybozę znaleziono wcześniej w dwóch meteorytach odnalezionych na Ziemi. Co istotne w przypadku próbek z Bennu, naukowcy nie znaleźli deoksyrybozy. Jeśli Bennu jest jakąkolwiek wskazówką, oznacza to, że ryboza mogła występować częściej niż deoksyryboza w środowiskach wczesnego Układu Słonecznego. Naukowcy uważają, że obecność rybozy i brak deoksyrybozy potwierdza hipotezę „świata RNA”, zgodnie z którą pierwsze formy życia opierały się na RNA jako głównej cząsteczce przechowującej informacje i przeprowadzającej reakcje chemiczne niezbędne do przetrwania. Współczesne życie opiera się na złożonym systemie, którego głównymi elementami są trzy rodzaje funkcjonalnych biopolimerów: DNA, RNA i białka, ale wczesne życie mogło być prostsze. RNA jest głównym kandydatem na pierwszy funkcjonalny biopolimer, ponieważ może przechowywać informacje genetyczne i katalizować wiele reakcji biologicznych.

Próbki z Bennu zawierały również jedną z najpowszechniejszych form „pożywienia” (lub energii) wykorzystywanej przez życie na Ziemi, a mianowicie cukier zwany glukozą. To pierwszy dowód, że ważne źródło energii dla życia, jakie znamy, istniało również na wczesnym etapie istnienia Układu Słonecznego.

Tajemnicza, starożytna „guma”

Drugi artykuł, opublikowany w czasopiśmie „Nature Astronomy”, pod kierownictwem Scotta Sandforda z Centrum Badawczego NASA im. Josepha Amesa w Kalifornii oraz Zacka Gainsfortha z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, opisuje odkrycie w próbkach z Bennu obecności materiału przypominającego gumę, którego nigdy wcześniej nie obserwowano w skałach kosmicznych. Ta zaskakująca substancja prawdopodobnie powstała we wczesnym okresie istnienia Układu Słonecznego, gdy młoda planetoida macierzysta Bennu się ogrzewała. Substancja kiedyś była miękka i elastyczna, później jednak stwardniała. Starożytna kosmiczna guma zawiera polimeryczne związki organiczne, niezwykle bogate w azot i tlen. Polimery te zawierają różnorodne grupy funkcyjne, w tym między innymi aminy, amidy, heterocykle azotowe oraz węglowodory alifatyczne i aromatyczne. Występują one w żyłach węglowych z inkluzjami mineralnymi oraz w wielowarstwowych płytkach organicznych. Ich morfologia i skład wskazują na powstanie z przedwodnych prekursorów bogatych w azot, a następnie modyfikację podczas przemian wodnych. Odkrycia te pokazują, że asteroidy takie jak Bennu zawierają złożone fazy organiczne bogate w azot, powstałe w wyniku procesów przedwodnych i wodnych, i poszerzają znany wykaz potencjalnych prebiotycznych związków pozaziemskich. Tak złożone cząsteczki mogły być prekursorami reakcji chemicznych, które przyczyniły się do powstania życia na Ziemi, zaś ich odnalezienie w próbkach z Bennu jest ważne dla naukowców badających, jak powstało życie i czy istnieje poza naszą planetą.

Pierwotna asteroida Bennu powstała z materiałów zawartych w mgławicy słonecznej – wirującej chmurze gazu i pyłu, która dała początek Układowi Słonecznemu – i zawierała różnorodne minerały oraz lód. Wraz z nagrzewaniem się asteroidy pod wpływem naturalnego promieniowania, w procesie z udziałem amoniaku i dwutlenku węgla utworzył się związek chemiczny zwany karbaminianem. Karbaminian jest rozpuszczalny w wodzie, ale przetrwał wystarczająco długo, aby polimeryzować, reagując ze sobą i innymi cząsteczkami, tworząc większe i bardziej złożone łańcuchy nieprzepuszczalne dla wody. Sugeruje to, że powstał, zanim ciało macierzyste ogrzało się na tyle, by stać się środowiskiem wodnym. Dzięki temu odkryciu naukowcy sądzą, że mają do czynienia z prawdopodobnie jedną z najwcześniejszych przemian materii, jakie zaszły w tej skale. Zespół przeprowadził szereg eksperymentów, aby zbadać właściwości materiału. W miarę jak ujawniano szczegóły, dowody sugerowały, że dziwna substancja osadzała się warstwami na ziarnach lodu i minerałach obecnych w asteroidzie. Starożytny materiał z asteroidy to nie tylko poliuretan, który jest uporządkowanym polimerem. Ma bardziej losowe i chaotyczne połączenia oraz skład.

Pył supernowej

W innym artykule opublikowanym w czasopiśmie „Nature Astronomy” , pod kierownictwem Ann Nguyen z Centrum Kosmicznego im. Johnsona NASA w Houston, przeanalizowano ziarna presolarne, czyli pył z gwiazd sprzed powstania naszego Układu Słonecznego, który został znaleziony w dwóch różnych rodzajach skał w próbkach z Bennu. Naukowcy zamierzali dowiedzieć się więcej o miejscu powstania i zachodzących w nim procesach geologicznych. Uważa się, że pył presolarny był dobrze wymieszany w okresie powstawania Układu Słonecznego. Próbki zawierały sześciokrotnie więcej pyłu z supernowej niż jakikolwiek inny badany materiał astrofizyczny, co sugeruje, że ciało macierzyste asteroidy powstało w obszarze dysku protoplanetarnego wzbogaconym w pył z obumierających gwiazd. 

Badanie ujawnia również, że chociaż planetoida macierzysta Bennu uległa znacznym zmianom, w próbkach nadal można odnaleźć skupiska mniej zmienionych materiałów, które pozwalają na zrozumienie jej pochodzenia.

Badane fragmenty zachowują większą ilość materii organicznej i ziaren krzemianów presolarnych, o których wiadomo, że łatwo ulegają zniszczeniu w wyniku przemiany wodnej w asteroidach. Badania ujawniły ponadto różnorodność materiałów presolarnych, które akreowała planeta macierzysta w trakcie formowania się.

Opracowano na podstawie:
Sugars, ‘Gum,’ Stardust Found in NASA’s Asteroid Bennu Samples
NASA’s Asteroid Bennu Sample Reveals Mix of Life’s Ingredients
First Detection of Sugars in Meteorites Gives Clues to Origin of Life