Kosmiczny cukier: odkrycie brakującego składnika życia w próbkach z asteroidy Bennu

Skąd wzięło się życie na Ziemi? Jedna z najbardziej fascynujących hipotez mówi, że kluczowe „cegiełki życia” – złożone cząsteczki organiczne – zostały dostarczone na naszą młodą planetę z kosmosu, na pokładzie asteroid i komet. Ta teoria zyskała potężne wsparcie w ostatnich latach, gdy w próbkach pobranych z asteroid Ryugu i Bennu odkryto dwa z trzech fundamentalnych składników życia: nukleobazy (budulec DNA i RNA) oraz aminokwasy (budulec białek).

Brakowało jednak ostatniego, kluczowego elementu układanki: cukrów. Cukry, takie jak ryboza i glukoza, są absolutnie niezbędne dla życia, jakie znamy. Ryboza tworzy szkielet RNA, cząsteczki, która według hipotezy „świata RNA” była prekursorem życia, pełniąc jednocześnie funkcje informacyjne (jak DNA) i katalityczne (jak białka). Glukoza to z kolei uniwersalne paliwo dla niemal wszystkich organizmów na Ziemi.

Przełomowe badanie opublikowane w prestiżowym czasopiśmie „Nature Geoscience” ogłasza historyczne odkrycie: po raz pierwszy zidentyfikowano biologicznie istotne cukry, w tym rybozę i glukozę, w nieskazitelnych próbkach materii pozaziemskiej, pobranych bezpośrednio z asteroidy Bennu przez misję OSIRIS-REx. To odkrycie kompletuje kosmiczny inwentarz składników niezbędnych do powstania życia.

Dlaczego próbki z Bennu są tak wyjątkowe?

Do tej pory poszukiwania cukrów w materii pozaziemskiej były niezwykle trudne. Chociaż ślady rybozy znajdowano w niektórych meteorytach, które spadły na Ziemię (np. w słynnym meteorycie Murchison), zawsze istniało ryzyko, że są to zanieczyszczenia pochodzenia ziemskiego. Meteoryty, zanim zostaną znalezione, są przez długi czas wystawione na działanie ziemskiej biosfery.

Próbki z asteroidy Bennu to zupełnie inna historia. Zostały one pobrane bezpośrednio z powierzchni asteroidy przez sondę kosmiczną i dostarczone na Ziemię w hermetycznie zamkniętym pojemniku. Cały proces analizy odbywał się w ultraczystych warunkach, co wyeliminowało ryzyko kontaminacji. Dzięki temu mamy pewność, że odkryte cukry mają pochodzenie pozaziemskie.

Co dokładnie znaleziono w próbkach z Bennu?

Zespół japońskich i amerykańskich naukowców pod kierownictwem Yoshihiro Furukawy z Tohoku University przeanalizował niewielki fragment pyłu z asteroidy Bennu. Używając niezwykle czułej techniki chromatografii gazowej połączonej ze spektrometrią mas (GC-MS), zidentyfikowali kilka kluczowych cukrów:

• Ryboza: Cukier pięciowęglowy, stanowiący szkielet RNA.

• Ksyloza i Arabinoza: Inne cukry pięciowęglowe.

• Glukoza: Cukier sześciowęglowy, podstawowe źródło energii dla komórek.

Co ciekawe, w próbkach nie znaleziono deoksyrybozy, czyli cukru budującego DNA. Odkryto również niewielkie ilości alkoholi cukrowych, takich jak ksylitol i arabitol.

Jak powstały kosmiczne cukry? Hipoteza formaldehydowa

Skąd te cukry wzięły się na asteroidzie? Ich dystrybucja i proporcje są uderzająco podobne do produktów tzw. reakcji formozowej. To proces chemiczny, w którym z prostych cząsteczek formaldehydu (aldehydu mrówekowego), w obecności wody i katalizatorów (np. minerałów), samorzutnie powstają różne, coraz bardziej złożone cukry.

Wszystkie składniki tej układanki pasują do siebie idealnie:

1. Formaldehyd jest powszechnie występującą cząsteczką w kosmosie i został wykryty na Bennu.

2. Analizy mineralogiczne próbek z Bennu wskazują, że jej „ciało macierzyste” – znacznie większa asteroida, z której Bennu jest tylko fragmentem – w dalekiej przeszłości przeszło przez okres intensywnej interakcji z wodą.

3. Próbki z Bennu mają odczyn zasadowy (pH ~8.2), co sprzyja reakcji formozowej.

Naukowcy postulują, że cukry, które dziś znajdujemy na Bennu, powstały miliardy lat temu wewnątrz jej ciała macierzystego, w roztworach wodnych bogatych w formaldehyd.

Implikacje dla pochodzenia życia

Odkrycie to ma fundamentalne znaczenie dla naszego rozumienia początków życia, nie tylko na Ziemi.

• Kompletny zestaw „cegiełek życia”: Potwierdza, że materiał kosmiczny mógł dostarczyć na młodą Ziemię wszystkie trzy kluczowe składniki niezbędne do powstania życia: nukleobazy, aminokwasy i cukry.

• Wsparcie dla hipotezy „świata RNA”: Wyższa dostępność rybozy (cukru RNA) niż deoksyrybozy (cukru DNA) w prymitywnej materii asteroidalnej jest silnym, pośrednim dowodem wspierającym teorię, że życie na Ziemi zaczęło się od RNA.

• Życie we Wszechświecie: Jeśli asteroidy podobne do Bennu, niosące kompletny zestaw składników życia, są powszechne w Układzie Słonecznym (a wszystko na to wskazuje), oznacza to, że „cegiełki życia” mogły zostać rozproszone nie tylko na Ziemię, ale także na inne potencjalnie nadające się do zamieszkania planety, takie jak Mars.

To historyczne odkrycie nie zamyka debaty o pochodzeniu życia, ale dostarcza jej najmocniejszego jak dotąd dowodu na to, że nie musieliśmy czekać, aż wszystkie niezbędne składniki powstaną na Ziemi. Mogły one po prostu spaść nam z nieba. Dalsze, szczegółowe badania nad mechanizmami powstawania i stabilnością tych kosmicznych cząsteczek, w tym symulacje laboratoryjne warunków panujących na wczesnych asteroidach, mogłyby stanowić fascynujący temat interdyscyplinarnego projektu doktorskiego na styku astrochemii, geochemii i biologii ewolucyjnej.

Najczęściej zadawane pytania (FAQ)

1. Dlaczego w próbkach nie znaleziono deoksyrybozy (cukru DNA)?
   Deoksyryboza jest znacznie mniej stabilna chemicznie niż ryboza. Naukowcy przypuszczają, że nawet jeśli powstała ona wewnątrz asteroidy, to prawdopodobnie uległa szybkiemu rozkładowi w trakcie miliardów lat procesów chemicznych.

2. Czy to odkrycie oznacza, że na Bennu istnieje życie?
   Nie. Odkryto jedynie „cegiełki” życia, a nie samo życie. Na Bennu nie ma warunków do podtrzymania życia, jakie znamy (brak ciekłej wody, atmosfery itp.). Znalezisko to świadczy jednak o tym, że materia organiczna niezbędna do powstania życia może formować się w warunkach kosmicznych.

3. Czym misja OSIRIS-REx różniła się od misji Hayabusa2 do asteroidy Ryugu?
   Obie misje z powodzeniem pobrały i dostarczyły na Ziemię próbki z asteroid. Główną różnicą była ilość materiału – OSIRIS-REx zebrał znacznie więcej pyłu (ponad 120 gramów) niż Hayabusa2 (ok. 5 gramów). Dzięki temu na próbkach z Bennu można było przeprowadzić analizy (takie jak poszukiwanie cukrów), na które nie wystarczyło materiału z Ryugu.

4. Co to jest reakcja formozowa?
   To reakcja chemiczna, w której z formaldehydu w środowisku wodnym i zasadowym, często w obecności katalizatorów mineralnych, powstaje mieszanina różnych cukrów. Jest to jeden z najbardziej prawdopodobnych mechanizmów abiotycznego (niebiologicznego) powstawania cukrów w warunkach prebiotycznych.

5. Jakie są dalsze plany badań próbek z Bennu?
   Próbki z Bennu zostały rozdystrybuowane do laboratoriów na całym świecie i będą analizowane jeszcze przez wiele lat. Dalsze badania skupią się m.in. na analizie izotopowej odkrytych cukrów (co może dostarczyć więcej informacji o ich pochodzeniu) oraz na poszukiwaniu innych złożonych cząsteczek organicznych, takich jak lipidy, które są kluczowe dla budowy błon komórkowych.