Naukowcy z Japonii i NASA potwierdzili obecność w meteorytach kluczowej cząsteczki organicznej, która mogła zostać użyta do budowy innych cząsteczek organicznych, w tym niektórych wykorzystywanych przez życie na Ziemi. Odkrycie to potwierdza teorie tworzenia związków organicznych w środowiskach pozaziemskich.
Chemia życia opiera się na związkach organicznych, cząsteczkach zawierających węgiel i wodór, które mogą również zawierać tlen, azot i inne pierwiastki. Chociaż cząsteczki organiczne są powszechnie kojarzone z życiem, mogą również powstawać w procesach niebiologicznych i niekoniecznie są wskaźnikami życia. Organiczne cząsteczki meteorytów mogą być jednym ze źródeł związków organicznych, które doprowadziły do powstania życia na Ziemi.
Źródło: NASA
Profesor Yasuhiro Oba z Uniwersytetu Hokkaido w Japonii kierował międzynarodowym zespołem naukowców, który odkrył obecność prebiotycznej cząsteczki organicznej zwanej heksametylenotetraminą (HMT) w trzech różnych meteorytach bogatych w węgiel. Ich odkrycie potwierdza modele i teorie, które proponują HMT jako ważną cząsteczkę w tworzeniu związków organicznych w środowiskach międzygwiazdowych.
„HMT jest kluczowym elementem układanki, która rysuje cały obraz ewolucji chemicznej w kosmosie” – powiedział Oba, główny autor artykułu o badaniach opublikowanych 7 grudnia 2020 r. w czasopiśmie Nature Communications.
Aby wyjaśnić powstawanie meteorytowych cząsteczek organicznych, takich jak aminokwasy i cukry, w asteroidach, ciałach macierzystych wielu meteorytów, potrzebne są dwie łatwo odparowujące (lotne) cząsteczki, formaldehyd i amoniak. Ponieważ jednak są one łatwo tracone ze środowisk asteroid ze względu na ich dużą lotność, naukowcy zastanawiają się, w jaki sposób można było je zdobyć, aby zbudować meteorytowe cząsteczki organiczne. HMT nie paruje nawet w temperaturze pokojowej i może wytwarzać obie cząsteczki, jeśli zostanie podgrzany ciekłą wodą wewnątrz asteroid. Znalezienie HMT w meteorytach potwierdza hipotezę, że jest to stabilne źródło amoniaku i formaldehydu w asteroidach.
Na początku historii Układu Słonecznego wiele asteroid mogło zostać ogrzanych w wyniku zderzeń lub rozpadu pierwiastków radioaktywnych. Gdyby niektóre asteroidy były dostatecznie ciepłe i zawierały płynną wodę, HMT mógłby się rozpaść, tworząc bloki budulcowe, takie jak formaldehyd i amoniak, które z kolei reagowały tworząc inne ważne biologiczne cząsteczki, które znaleziono w meteorytach, w tym aminokwasy. Niektóre rodzaje aminokwasów są wykorzystywane przez życie do produkcji białek, które są wykorzystywane do budowy struktur, takich jak włosy i paznokcie, lub do przyspieszania lub regulowania reakcji chemicznych.
„Wyniki te rzucają światło na różne sposoby powstawania aminokwasów w środowiskach pozaziemskich” – powiedział Jason Dworkin , współautor artykułu w Goddard Space Flight Center w Greenbelt w stanie Maryland. „Można to zbadać dokładniej, porównując próbki z japońskich misji Hayabusa2 i NASA OSIRIS-REx”. Sonda ta zebrała materiał z asteroid z czymś, co wydaje się być inną historią wody w stanie ciekłym. Jeśli istnieje misja, aby pewnego dnia zwrócić próbkę z jądra komety, być może uda nam się sprawdzić, czy istnieje związek między HMT w kometach i asteroidach.
Chociaż różnorodność związków organicznych w meteorytach jest dobrze udokumentowana, pozostaje wiele pytań dotyczących procesów, w których powstawały te związki. Najważniejszymi meteorytami w tej dziedzinie badań są chondryty węglowe, kamienne meteoryty, które zawierają wysoki procent wody i związków organicznych. Modele eksperymentalne wykazały, że połączenie wody, amoniaku i metanolu, poddane warunkom fotochemicznym i termicznym powszechnym w środowiskach pozaziemskich, daje początek wielu związkom organicznym, z których najpowszechniejszym jest HMT. Lód międzygwiazdowy jest bogaty w metanol. Hipotetycznie, HMT powinien być powszechny w materiałach pozaziemskich zawierających wodę, ale do czasu tego badania nie został wykryty.
HMT prawdopodobnie rozpadnie się pod wpływem procesów powszechnie stosowanych w analizie związków organicznych w meteorytach, a zatem mógł nie zostać wykryty w innych badaniach, mimo że był obecny. Naukowcy opracowali metodę, która specyficznie wyodrębnia HMT z meteorytów przy minimalnej awarii. Ta metoda pozwoliła im na wyizolowanie znacznych ilości pochodnych HMT i HMT z meteorytów Murchison, Murray i Tagish Lake.
Źródło: NASA
Ponieważ na Ziemi obfituje życie, naukowcy musieli być pewni, że HMT znaleziony w meteorytach był w rzeczywistości pozaziemski, a nie tylko pochodził z zanieczyszczenia przez życie ziemskie.
Fragment Murchisona użyty w tym badaniu pochodzi z Chicago Field Museum, które było przechowywane przez wiele lat w zamkniętym pojemniku i jest najmniej zanieczyszczonym i najbardziej nieskazitelnym kawałkiem Murchisona, jaki kiedykolwiek badaliśmy pod kątem aminokwasów, co daje nam większą pewność, że HMT wykryty w tym meteorytie ma w rzeczywistości pozaziemskie pochodzenie
– powiedział Daniel Glavin z NASA Goddard, współautor badania.