Τα Σύνθετα Δομικά Στοιχεία της Ζωής Μπορούν να Σχηματιστούν στη Διαστημική Σκόνη – Προσφέροντας Νέες Ενδείξεις για την Προέλευση της Ζωής
Μια πανοραμική άποψη του σκονισμένου κέντρου του Γαλαξία. Νέα έρευνα υποδηλώνει ότι ορισμένα από τα πιο περίπλοκα δομικά στοιχεία της ζωής μπορούν να σχηματιστούν σε κόκκους διαστημικής σκόνης, οδηγώντας ενδεχομένως σε βιολογικά μόρια σε πλανήτες.
Οι σύνθετοι πρόδρομοι των βιολογικών μορίων μπορούν να σχηματιστούν αυθόρμητα στο διαστρικό διάστημα, σύμφωνα με ένα εργαστηριακό πείραμα που ανοίγει νέους δρόμους για την προέλευση της ζωής στο σύμπαν.
Παρουσία ιονίζουσας ακτινοβολίας, τα αμινοξέα – οι απλούστερες μονάδες των πρωτεϊνών – συνδέονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν πεπτιδικούς δεσμούς, το πρώτο βήμα στη σύνθεση πιο σύνθετων βιολογικών μορίων όπως τα ένζυμα και οι πρωτεΐνες των κυττάρων, σύμφωνα με μια νέα μελέτη.
Τα ευρήματα, που δημοσιεύθηκαν στις 20 Ιανουαρίου στο περιοδικό Nature Astronomy, προσφέρουν νέες δυνατότητες για την προέλευση της ζωής στη Γη και θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους επιστήμονες να στοχεύσουν την αναζήτηση εξωγήινης ζωής, λένε οι συγγραφείς της μελέτης.
Το κοκτέιλ της ζωής
Η πρώιμη ζωή εξελίχθηκε από ένα πολύπλοκο κοκτέιλ πρεβιοτικών μορίων, συμπεριλαμβανομένων των αμινοξέων, των βασικών σακχάρων και του RNA. Όμως, το πώς σχηματίστηκαν αρχικά αυτές οι απλές ενώσεις εκκίνησης παραμένει μυστήριο. Μια υπόθεση προτείνει ότι ορισμένα από αυτά τα μόρια μπορεί να προήλθαν από το εξωτερικό διάστημα και αργότερα μεταφέρθηκαν στην πρώιμη Γη μέσω προσκρούσεων μετεωριτών, δήλωσε ο Alfred Hopkinson, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης και μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Τμήμα Φυσικής και Αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο Aarhus στη Δανία.
Η γλυκίνη, το απλούστερο αμινοξύ, είναι ένα παράδειγμα που έχει ανιχνευθεί σε πολλά δείγματα κομητών και μετεωριτών τα τελευταία 50 χρόνια, συμπεριλαμβανομένων δειγμάτων σκόνης που ελήφθησαν από τον αστεροειδή Bennu κατά τη διάρκεια της πρόσφατης αποστολής OSIRIS-REx της NASA. Πιο σύνθετες διπεπτιδικές μονάδες, οι οποίες σχηματίζονται όταν δύο αμινοξέα συνδέονται απελευθερώνοντας νερό, δεν έχουν ακόμη εντοπιστεί σε αυτά τα εξωγήινα σώματα, αλλά οι έντονα ιονίζουσες συνθήκες του διαστρικού χώρου προκαλούν ασυνήθιστη χημεία και θα μπορούσαν θεωρητικά να προωθήσουν τον σχηματισμό αυτών των μεγαλύτερων μορίων.
“Εάν τα αμινοξέα θα μπορούσαν να ενωθούν στο διάστημα και να φτάσουν στο επόμενο επίπεδο πολυπλοκότητας [διπεπτίδια], όταν αυτό παραδοθεί σε μια πλανητική επιφάνεια, υπάρχει ένα ακόμη πιο θετικό σημείο εκκίνησης για να σχηματιστεί ζωή”, δήλωσε ο Hopkinson στο Live Science. “Είναι μια πολύ συναρπαστική θεωρία και θέλαμε να δούμε, ποιο είναι το όριο πολυπλοκότητας που θα μπορούσαν να σχηματίσουν αυτά τα μόρια στο διάστημα;”
Ο θάλαμος πάγου για αστροφυσική-αστροχημεία (ICA) θάλαμος υπερυψηλού κενού στο Atomki, Ουγγαρία. Αυτός ήταν ένας θάλαμος που χρησιμοποιήθηκε για την επεξεργασία γλυκίνης με πρωτόνια υψηλής ενέργειας. (Εικόνα: Béla Sulik, το Ινστιτούτο Πυρηνικών Ερευνών HUN-REN (Atomki))
Αναδημιουργώντας το σύμπαν σε ένα εργαστήριο
Η ομάδα, με επικεφαλής τον αστροφυσικό του Πανεπιστημίου Aarhus, Sergio Ioppolo, προσπάθησε επομένως να αναπαράγει τις συνθήκες του εξωτερικού διαστήματος όσο το δυνατόν ακριβέστερα. Χρησιμοποιώντας την εγκατάσταση κυκλοτρονίου HUN-REN Atomki στην Ουγγαρία, βομβάρδισαν παγωμένους κρυστάλλους επικαλυμμένους με γλυκίνη με πρωτόνια υψηλής ενέργειας σε 20 βαθμούς Kelvin (μείον 253,15 βαθμούς Κελσίου) και 10-9 millibar, προκειμένου να προσομοιώσουν τις συνθήκες του διαστήματος όσο το δυνατόν ακριβέστερα. Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας υπέρυθρη φασματοσκοπία και φασματομετρία μάζας — μεθόδους αναγνώρισης των τύπων των δεσμών που υπάρχουν και της μοριακής μάζας των προϊόντων, αντίστοιχα — οι ερευνητές ανέλυσαν τα προϊόντα καθώς σχηματίζονταν.
Ωστόσο, το πιο σημαντικό είναι ότι χρησιμοποίησαν μια σειρά από ετικέτες δευτερίου — βαρύτερα άτομα υδρογόνου που παράγουν ένα διαφορετικό σήμα κατά τη φασματοσκοπική ανάλυση — για να παρακολουθήσουν ακριβώς πώς αλληλεπιδρούσαν τα μόρια της γλυκίνης.
Το επισημασμένο πείραμά τους επιβεβαίωσε γρήγορα την αρχική τους υπόθεση: Τα μόρια της γλυκίνης αντέδρασαν μεταξύ τους παρουσία ακτινοβολίας για να σχηματίσουν ένα διπεπτίδιο που ονομάζεται γλυκυλογλυκίνη, αποδεικνύοντας έτσι ότι πιο σύνθετες ενώσεις που περιέχουν πεπτιδικούς δεσμούς θα μπορούσαν να σχηματιστούν αυθόρμητα στο διάστημα.
Περισσότερες χημικές εκπλήξεις
Όμως, τα διπεπτίδια δεν ήταν το μόνο πολύπλοκο οργανικό μόριο που δημιουργήθηκε υπό αυτές τις συνθήκες. Ένα εκπληκτικά σύνθετο σήμα προσδιορίστηκε προσωρινά ως N-φορμυλογλυκιναμίδιο, μια υπομονάδα ενός από τα ένζυμα που εμπλέκονται στην παραγωγή δομικών στοιχείων DNA και, επομένως, ένας άλλος βασικός παίκτης στη χημεία της προέλευσης της ζωής.
“Εάν δημιουργήσετε μια τόσο τεράστια ποικιλία διαφορετικών τύπων οργανικών μορίων, αυτό θα μπορούσε να επηρεάσει την προέλευση της ζωής με τρόπους που δεν είχαμε σκεφτεί”, είπε ο Hopkinson. “Είναι ενδιαφέρον να μιλάς με άλλους ερευνητές – ας πούμε, ανθρώπους του κόσμου του RNA – και να δεις πώς αυτό θα μπορούσε να αλλάξει την εικόνα τους για την πρώιμη Γη.”
Προχωρώντας προς τα εμπρός, ωστόσο, η ομάδα διερευνά εάν η ίδια διαδικασία συμβαίνει και για άλλα αμινοξέα που σχηματίζουν πρωτεΐνες στο διαστρικό μέσο, γεγονός που θα μπορούσε ενδεχομένως να ανοίξει τη δυνατότητα σχηματισμού πιο διαφορετικών και πολύπλοκων πεπτιδίων με αντιθετικές χημικές ιδιότητες.