Астероид Бенну продолжает предоставлять учёным новые ключи к разгадке вопросов о формировании ранней Солнечной системы и происхождении жизни. В рамках продолжающегося изучения первозданных образцов, доставленных на Землю космическим аппаратом NASA OSIRIS-Rex (Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, and Security-Regolith Explorer), в журналах Nature Geosciences и Nature Astronomy опубликованы три статьи с замечательными открытиями:
- сахара, необходимые для биологии;
- вещество, похожее на жвачку, ранее не встречавшееся в астроматериалах;
- неожиданно высокое содержание пыли, образованной в результате взрывов сверхновых звёзд.
Учёные под руководством Ёсихиро Фурукавы из Университета Тохоку в Японии обнаружили в образцах с Бенну сахара, необходимые для биологии на Земле. В журнале Nature Geoscience они подробно описали свои находки. Были обнаружены пятиуглеродный сахар рибоза и, впервые в внеземном образце, шестиуглеродная глюкоза. Хотя эти сахара не являются доказательством существования жизни, их обнаружение, наряду с предыдущими обнаружениями аминокислот, нуклеотидов и карбоновых кислот в образцах Бенну, показывает, что строительные блоки биологических молекул были широко распространены в Солнечной системе.
Для жизни на Земле ключевыми строительными блоками ДНК и РНК являются сахара дезоксирибоза и рибоза соответственно. ДНК является основным носителем генетической информации в клетках. РНК выполняет множество функций, и жизнь в том виде, в каком мы её знаем, не могла бы существовать без неё. Рибоза в РНК используется в сахарофосфатном «каркасе» молекулы, который соединяет последовательность нуклеотидов, несущих информацию.
«Все пять нуклеотидов, используемых для построения ДНК и РНК, вместе с фосфатами уже были обнаружены в образцах Бенну, доставленных на Землю аппаратом OSIRIS-Rex», — сказал Фурукава. «Новое открытие рибозы означает, что все компоненты для формирования молекулы РНК присутствуют в Бенну».
Открытие рибозы в образцах астероида
Обнаружение рибозы в образцах астероида не является полной неожиданностью. Рибоза ранее была найдена в двух метеоритах, обнаруженных на Земле. Важным аспектом образцов Бенну является то, что исследователи не обнаружили дезоксирибозу. Если Бенну является каким-либо показателем, это означает, что рибоза могла быть более распространена, чем дезоксирибоза, в средах ранней Солнечной системы.
Исследователи считают, что присутствие рибозы и отсутствие дезоксирибозы поддерживает гипотезу «мира РНК», где первые формы жизни полагались на РНК в качестве основной молекулы для хранения информации и запуска химических реакций, необходимых для выживания.
«Современная жизнь основана на сложной системе, организованной в основном тремя типами функциональных биополимеров: ДНК, РНК и белками», — объясняет Фурукава. «Однако ранняя жизнь могла быть проще. РНК является ведущим кандидатом на роль первого функционального биополимера, поскольку она может хранить генетическую информацию и катализировать многие биологические реакции».
Образцы Бенну также содержали одну из наиболее распространённых форм «пищи» (или энергии), используемой жизнью на Земле, — сахар глюкозу, что является первым доказательством того, что важный источник энергии для жизни, как мы её знаем, также присутствовал в ранней Солнечной системе.
Вторая статья в журнале Nature Astronomy, под руководством Скотта Сэндфорда из Исследовательского центра Эймса NASA в Силиконовой долине Калифорнии и Зака Гейнсфорта из Калифорнийского университета в Беркли, раскрывает наличие в образцах Бенну вещества, похожего на жвачку, ранее не встречавшегося в космических породах — нечто, что могло помочь подготовить почву для появления на Земле ингредиентов жизни. Удивительное вещество, вероятно, сформировалось в первые дни Солнечной системы, когда молодой родительский астероид Бенну нагревался.
Это древнее «космическое жевательное вещество» состоит из полимерных материалов, чрезвычайно богатых азотом и кислородом. Такие сложные молекулы могли стать одними из химических предшественников, которые помогли запустить жизнь на Земле, и обнаружение их в первозданных образцах из Бенну важно для учёных, изучающих, как зародилась жизнь и существует ли она за пределами нашей планеты.
Исследование древних органических материалов
Используя инфракрасный микроскоп, команда Сэндфорда выбрала необычные, богатые углеродом зёрна, содержащие обильное количество азота и кислорода. Затем они начали то, что Сэндфорд называет «ковкой на молекулярном уровне», используя Molecular Foundry в Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab) в Беркли, Калифорния. Применяя ультратонкие слои платины, они укрепили частицу, сварили на вольфрамовой игле, чтобы поднять крошечное зерно, и срезали фрагмент сфокусированным пучком заряженных частиц.
Когда частица стала в тысячу раз тоньше человеческого волоса, они проанализировали её состав с помощью электронной микроскопии в Molecular Foundry и рентгеновской спектроскопии в Advanced Light Source в Berkeley Lab. Высокое пространственное разрешение и чувствительные рентгеновские лучи ALS позволили провести беспрецедентный химический анализ.
«Мы знали, что у нас есть что-то замечательное, как только изображения начали появляться на мониторе», — сказал Гейнсфорт. «Это было похоже ни на что из того, что мы когда-либо видели, и в течение нескольких месяцев мы были поглощены данными и теориями, пытаясь понять, что это такое и как оно могло появиться».
Команда провела множество экспериментов, чтобы изучить характеристики материала. По мере того как появлялись подробности, доказательства указывали на то, что странное вещество было отложено слоями на зёрнах льда и минералов, присутствующих в астероиде.
Это было гибким материалом, похожим на использованную жвачку или даже на мягкий пластик. Действительно, во время работы с образцами исследователи заметили, что странное вещество было гибким и образовывало углубления при приложении давления. Материал был полупрозрачным, а воздействие радиации сделало его хрупким, как садовое кресло, оставленное на солнце на несколько сезонов.
«Глядя на его химический состав, мы видим те же химические группы, которые встречаются в полиуретане на Земле», — сказал Сэндфорд, «что делает этот материал из Бенну чем-то вроде «космического пластика».
Древний материал астероида — это не просто полиуретан, который является упорядоченным полимером. У этого материала больше «случайных, бессистемных соединений» и состав элементов, который отличается от частицы к частице, сказал Сэндфорд. Но сравнение подчёркивает удивительный характер органического материала, обнаруженного в образцах астероида NASA, и исследовательская группа стремится изучить его подробнее.
Исследование пресолнечной пыли
Другая статья в журнале Nature Astronomy, под руководством Энн Нгуен из Космического центра Джонсона NASA в Хьюстоне, проанализировала пресолнечные зёрна — пыль от звёзд, предшествовавших нашей Солнечной системе, — обнаруженную в двух различных типах пород в образцах Бенну, чтобы узнать больше о том, где сформировалось родительское тело и как оно было изменено геологическими процессами. Считается, что пресолнечная пыль была хорошо перемешана по мере формирования нашей Солнечной системы. В образцах было в шесть раз больше пыли сверхновых, чем в любом другом изученном астроматериале, что позволяет предположить, что родительский астероид сформировался в области протопланетного диска, обогащённого пылью умирающих звёзд.
Исследование также показывает, что, хотя родительский астероид Бенну претерпел значительные изменения под воздействием жидкостей, в образцах всё ещё есть карманы менее изменённых материалов, которые дают представление о его происхождении.
«Эти фрагменты сохраняют более высокое содержание органического вещества и пресолнечных силикатных зёрен, которые, как известно, легко разрушаются в результате водного изменения в астероидах», — сказала Нгуен. «Их сохранение в образцах Бенну стало неожиданностью и показывает, что некоторые материалы избежали изменений в родительском теле. Наше исследование раскрывает разнообразие пресолнечных материалов, которые родительское тело аккумулировало по мере своего формирования».