Uzorak s asteroida Bennu sugeriše da su aminokiseline nastale u zaleđenom svemirskom ledu

Tim naučnika sa Penn State univerziteta otkrio je dokaze da su aminokiseline iz uzorka asteroida Bennu verovatno nastale u hladnom, zračenjem izloženom ledu, a ne isključivo u toploj vodi unutar asteroida. Rezultati, objavljeni u Proceedings of the National Academy of Sciences, menjaju dosadašnje shvatanje o uslovima u kojima su "gradivne jedinice" života mogle nastati u ranim fazama Sunčevog sistema.

Analyzing a precious bit of space dust no bigger than a teaspoon, the Penn State team used custom instruments capable of measuring isotopes, slight variations in the mass of atoms. (CREDIT: Jaydyn Isiminger / Penn State)

Šta su naučili istraživači

Misija NASA-e OSIRIS-REx vratila je na Zemlju uzorak sa Bennua 2023. godine; uzorak OREX-800107-183 dao je retko čist uvid u organsku hemiju iz svemira, bez velike kontaminacije Zemljom. Istraživači, predvođeni Allison Baczynski i Ophélie McIntosh, analizirali su izotopne vrednosti aminokiselina, posebno glicina, koristeći vrlo osetljivu, modifikovanu opremu za merenje malih količina organske materije (do nivoa pikomola).

The Penn State scientists involved in the study (from left to right) were Christopher House, professor of geosciences, and Katherine Freeman, Evan Pugh University Professor of Geosciences, Ophélie McIntosh, postdoctoral researcher in Penn State’s Department of Geosciences, Allison Baczynski, assistant research professor of geosciences, and Mila Matney (not picture), doctoral candidate in geosciences. (CREDIT: Jaydyn Isiminger / Penn State)

Ključni nalazi

U uzorku su identifikovali 19 aminokiselina, od kojih su mnoge prisutne u levim i desnim (enantiomernim) oblicima. Mnoge aminokiseline imaju izotopne vrednosti ugljenika i azota znatno iznad tipičnih zemaljskih vrednosti, što potvrđuje vanzemaljsko poreklo. Glicin iz Bennua pokazao je izotop ugljenika +21 ± 6‰ i izotop azota +185 ± 10‰, dok je β-alanin imao vrednosti +12 ± 6‰ (ugljenik) i +170 ± 4‰ (azot).

Plots of δ15N (‰, Air) and δ13C (‰, VPDB) values for glycine and β-alanine obtained in this study for Bennu (OREX-800107-183; blue diamonds), compared with literature values for CM (gray squares), CR (gray hexagons), and CI (gray circles) chondrites. (CREDIT: PNAS)

Kada su te vrednosti uporedili sa poznatim meteorom Murchison, primetili su da su vrednosti ugljenika slične unutar greške, ali su vrednosti izotopa azota u Bennuu znatno više (npr. Murchisonov glicin ima azot +78 ± 6‰). Ovo ukazuje da su roditeljska tela Bennua i Murchisona formirana u različitim hemijskim okruženjima Sunčevog sistema.

Allison Baczynski, assistant research professor of geosciences at Penn State, (left) led the study alongside Ophélie McIntosh, postdoctoral researcher in Penn State’s Department of Geosciences. (CREDIT: Jaydyn Isiminger / Penn State)

Kako su nastale aminokiseline?

Dosadašnji favorizovani mehanizam za nastanak glicina u meteoritima bio je Streckerova sinteza — "vlažan" proces u kome vodonik-cijanid, amonijak i aldehid/keton reaguju u tečnoj vodi. Međutim, izotopna analiza pokazala je neslaganja sa čistom Streckerovom sintezom: kod Bennua su dva ugljenikova položaja u glicinu slična po izotopima, dok su kod Murchisona različiti, a prisutni aldehidi i ketoni su siromašniji u 13C nego glicin iz Bennua. To upućuje na alternativni proces.

Istraživači predlažu da su aminokiseline u Bennuu mogle nastati kroz fotohemiju zaleđenih mešavina (ice photochemistry): ultraljubičasto zračenje ili drugi oblici zračenja razlažu smrznute ices, stvarajući reaktivne fragmente koji kasnije formiraju nitrilne prekursore i zatim aminokiseline. Ta hemija se mogla odvijati u spoljnim, hladnijim delovima mladog Sunčevog sistema.

Neobični izotopni potpis enantiomera

Jedno od iznenađenja je velika razlika u izotopnim vrednostima azota za dva ogledalska oblika glutamične kiseline: D‑glutamat +277 ± 7‰ naspram L‑glutamata +190 ± 32‰. To pokazuje da čak i enantiomerni parovi mogu imati različitu izotopnu istoriju, što postavlja nova pitanja o interakciji organike sa mineralima i tečnostima u svemiru.

Posledice i naredni koraci

Ovi nalazi proširuju spektar uslova pod kojima su gradivne jedinice života mogle nastati i sugerišu da takva hemija može biti češća nego što se ranije mislilo. Ipak, istraživači napominju da još nedostaje merenje izotopa formaldehida iz Bennua — ako se pokaže neuobičajeno obogaćenim, Streckerova sinteza bi i dalje mogla doprineti. Planirana su dodatna merenja i upoređivanja sa drugim meteoritskim uzorcima.

Među autorima rada su i Mila Matney, Christopher House i Katherine Freeman. Rezultati su dostupni u časopisu Proceedings of the National Academy of Sciences.

Zašto je ovo važno: Ako se aminokiseline mogu formirati u zaleđenom, zračenjem izloženom ledu, to znači da su sirovine za život mogle nastati na većem broju mesta u Sunčevom sistemu nego što se ranije mislilo — što utiče na izbor ciljeva za buduće misije koje vraćaju uzorke.