Mały kamień z kosmosu: pył asteroidów może wyjaśnić nasze pochodzenie

Kosmiczny żwirowiec z wielką historią

To, co wygląda jak zwykły pył, może okazać się brakującym puzzlem w historii ludzkości. Próbki pobrane z asteroidy Ryugu ujawniają, że podstawowe składniki życia istniały w przestrzeni kosmicznej na długo przed tym, zanim Ziemia stała się miejscem nadającym się do zamieszkania.

Ryugu na pierwszy rzut oka nie robi wielkiego wrażenia. Ta skała ma około 900 metrów średnicy, ciemną powierzchnię i przypomina luźno unoszący się w przestrzeni, szorstki, diamentokształtny żwirowiec. Właśnie ta niepozorność czyni ją tak fascynującą — uznawana jest za jedną z najstarszych „kapsuł czasu" Układu Słonecznego.

W 2014 roku japońska agencja kosmiczna wysłała sondę Hayabusa2 z misją nie do pozazdroszczenia: przebyć około 300 milionów kilometrów, wylądować na Ryugu, pobrać materiał i bezpiecznie dostarczyć go z powrotem na Ziemię. Plan się powiódł. W 2020 roku w Australii wylądowała mała kapsuła wypełniona drobnymi okruchami asteroidy — zaledwie nieco ponad dziesięć gramów łącznie.

Dla laika brzmi to niemal śmiesznie skromnie. Dla naukowców te 5,4 grama z każdego miejsca lądowania to prawdziwy skarb. Kryje się w nich materia, która od miliardów lat przemierza kosmos niemal niezmieniona, oferując wgląd w epokę, gdy Ziemia w swojej obecnej postaci jeszcze w ogóle nie istniała.

Pięć „liter życia" w jednej asteroidzie

Biolodzy chętnie porównują materiał genetyczny do tekstu: DNA i RNA pełnią rolę instrukcji opisującej budowę i działanie komórek. Ta instrukcja zapisana jest za pomocą kilku chemicznych „liter" — tak zwanych nukleobaz:

• Adenina
• Cytozyna
• Guanina
• Tymina
• Uracyl

Te pięć cegiełek stanowi fundament każdej znane nam formy życia. Bez nich nie istniałyby ani bakterie, ani rośliny, zwierzęta czy ludzie.

W meteorytach i kosmicznych ziarnach pyłu badacze znajdowali już wcześniej pojedyncze z tych zasad. Zazwyczaj były to jednak tylko śladowe ilości, a kompletnego zestawu nie odnaleziono nigdy. Nowa analiza próbek z Ryugu przynosi przełom: zespół z Japońskiej Agencji Nauk o Morzu i Ziemi jednoznacznie potwierdził obecność wszystkich pięciu nukleobaz.

W maleńkiej garści asteroidy naukowcy odnaleźli kompletny chemiczny zestaw startowy dla życia, jakie znamy.

Dla zaangażowanych badaczy to wyraźny sygnał: składniki życia najwyraźniej powstają nie tylko na planetach z oceanami i atmosferą, lecz także na małych, zimnych ciałach niebieskich, dryfujących daleko w Układzie Słonecznym.

Tymina wprowadza nieoczekiwany zwrot akcji

Szczególnie zaskakujące jest odkrycie tyminy. Wcześniej na Ryugu zidentyfikowano jedynie uracyl. Pasowało to dobrze do popularnej teorii zakładającej, że na początku istniał prostszy system oparty na RNA, podczas gdy DNA ze swoją bardziej złożoną strukturą pojawiło się dopiero później — być może w szczególnych warunkach panujących na młodej Ziemi.

Obecność tyminy oznacza jednak, że typowy składnik DNA pojawia się bezpośrednio na asteroidzie. Sugeruje to, że nawet bardziej złożone cząsteczki powstawały w ciemnościach kosmosu na długo przed tym, zanim Ziemia stała się planetą przyjazną dla życia.

Równolegle inni naukowcy ogłosili, że udało im się potwierdzić kompletny zestaw nukleobaz na kolejnej asteroidzie — Bennu. Wygląda to jak wyraźny wzorzec: więcej niż jeden kosmiczny głaz wydaje się nosić w sobie swoisty chemiczny zestaw przeżycia.

Asteroidy jako kurierzy życia?

Asteroidy przemierzają Układ Słoneczny od miliardów lat, regularnie zderzając się z młodymi planetami. Właśnie tutaj zaczyna się gorąco dyskutowana obecnie teoria. Japońscy naukowcy formułują ją następująco: wczesne uderzenia mogły dostarczać nie tylko wodę i proste cząsteczki, ale wręcz całą „skrzynkę z narzędziami" pełną cegiełek, z których wyłoniło się potem życie.

Według tego scenariusza możliwa droga wyglądała tak:

• W zimnych zewnętrznych rejonach Układu Słonecznego powstają bryłki lodu i pyłu zawierające cząsteczki organiczne.
• Te bryłki rozrastają się w asteroidy przetrwające miliardy lat.
• Zderzenia wyrzucają część z nich na tory przecinające orbitę młodej Ziemi.
• Podczas uderzenia nukleobazy i inne substancje organiczne trafiają do oceanów, sadzawek i szczelin skalnych.
• Dopiero tam uruchamiają się reakcje chemiczne, z których z czasem wykształcają się pierwsze samopowielające się systemy.

Jeśli ten łańcuch zdarzeń jest prawdziwy, każdy człowiek nosi w swoim materiale genetycznym kawałek kosmicznej historii. Bylibyśmy wtedy dosłownie dziećmi Układu Słonecznego — a być może nawet dziećmi całego Wszechświata, gdyż podobne procesy mogły zachodzić również wokół innych gwiazd.

Dlaczego kilka gramów skały budzi takie zainteresowanie

Znaczenie próbek z Ryugu wynika nie z ich ilości, lecz z ich czystości. W przeciwieństwie do meteorytów, które przedzierają się przez ziemską atmosferę i ulegają zanieczyszczeniu podczas uderzenia, ten materiał dotarł do nas dobrze zabezpieczony wewnątrz szczelnej kapsuły sondy.

Dzięki temu o wiele łatwiej wykluczyć, że odkryte cząsteczki powstały już po przybyciu na Ziemię. Właśnie ten punkt czynił wcześniejsze badania meteorytów podatnymi na krytykę. Teraz wyniki pochodzą z niemal „nietkniętego" materiału kosmicznego, dostarczonego bezpośrednio przez sondę Hayabusa2.

Analiza została opublikowana w piśmie Nature Astronomy. Badacze podkreślają, że odkrycia nie dowodzą automatycznie, w jaki sposób życie faktycznie powstało. Pokazują jednak wyraźnie: kosmos zdaje się dysponować wymaganymi cegiełkami w obfitości.

Co tak naprawdę oznaczają RNA i DNA

Kto od czasów szkolnych nie miał do czynienia z biologią, łatwo gubi się wśród skrótów. W skrócie:

• DNA (kwas deoksyrybonukleinowy) przechowuje długoterminową informację genetyczną. Znajduje się między innymi w jądrze komórkowym i decyduje o budowie organizmu.
• RNA (kwas rybonukleinowy) odczytuje fragmenty DNA, przenosi informacje do „fabryki" w komórce i wspomaga produkcję białek.

Wielu badaczy podejrzewa, że to RNA pojawiło się jako pierwsze. Tak zwany scenariusz „świata RNA" zakłada, że wczesne cząsteczki RNA mogły jednocześnie przechowywać informacje i katalizować reakcje chemiczne. Dopiero później DNA dołączyło jako bardziej stabilny nośnik danych.

Fakt, że na Ryugu znaleziono zarówno uracyl (charakterystyczny dla RNA), jak i tyminę (charakterystyczną dla DNA), nadaje tej debacie nowego rozmachu. Być może w kosmosie zachodziły już łańcuchy reakcji przygotowujące oba systemy jednocześnie.

Ryzyko, szanse i wielka perspektywa

Takie odkrycia nieuchronnie zbliżają nas do pytania, czy życie mogło powstać gdzieś indziej w kosmosie. Jeśli chemiczne składniki są tak łatwo dostępne, rośnie prawdopodobieństwo, że podobne procesy zachodziły w wielu miejscach. Nie jest to jednak żadna gwarancja — z kilku cząsteczek nie powstaje automatycznie żywy organizm.

Z punktu widzenia nauki rodzi to kilka istotnych konsekwencji:

• Misje do asteroid i komet zyskują wyraźnie na znaczeniu.
• Laboratoria muszą dokładniej poznać kroki prowadzące od prostych cząsteczek do pierwszych komórek.
• W poszukiwaniach obcych światów kwestia organicznych cegiełek wysuwa się na pierwszy plan.

Jednocześnie pojawia się pytanie o bardziej filozoficznym charakterze: jeśli składniki naszego istnienia fruwają wszędzie po kosmosie, nasza własna egzystencja wydaje się mniej wyjątkowa — ale też mniej przypadkowa. Nie jesteśmy wtedy owocem jednego kosmicznego szczęśliwego trafu, lecz częścią szerszego, chemicznego wzorca.

To właśnie sprawia, że kilka gramów pyłu z Ryugu jest tak fascynujące. Przypominają nam, że nawet niepozorne kosmiczne ziarenko może powiedzieć o nas więcej niż niejeden gruby tom historii. I pokazują, jak blisko siebie leżą pytania osobiste — skąd pochodzimy? dlaczego w ogóle istniejemy? — i twarda nauka, gdy sonda kosmiczna przywozi na Ziemię maleńki woreczek skały.