Maleńka garść pozaziemskiego żwiru okazuje się czymś znacznie więcej niż kosmicznym pyłem — w tych ziarnach może kryć się historia naszych własnych początków.
Japońscy naukowcy odnaleźli w próbkach pobranych z asteroidy Ryugu kompletny zestaw cegiełek budulcowych DNA i RNA. To odkrycie poważnie wzmacnia starą hipotezę, że życie na Ziemi zawdzięcza swój początek kosmicznemu impulsowi z zewnątrz.
Stara kosmiczna skała okazuje się kapsułą czasu sprzed narodzin Ziemi
Ryugu to niewielka, ciemna asteroida o średnicy około 900 metrów, kształtem przypominająca nieco zdeformowany diament. W 2014 roku japońska agencja kosmiczna JAXA wysłała w jej kierunku sondę Hayabusa2, której zadaniem było pobranie próbek z powierzchni. Po przebyciu blisko 300 milionów kilometrów statek kosmiczny wylądował na asteroidzie i wystrzelił w jej podłoże małe pociski, by wydobyć materiał skalny.
W 2020 roku na Ziemię powróciły dwie hermetycznie zamknięte kapsuły. Ich zawartość to dwie porcje kosmicznego żwiru, każda o masie 5,4 grama. Na pierwszy rzut oka wyglądają jak matowe, czarne okruszki. Dla chemików są jednak bezcennymi fragmentami kosmicznej historii, niemal nietkniętymi od zarania naszego Układu Słonecznego, sprzed ponad 4,5 miliarda lat.
Ponieważ materiał został zebrany bezpośrednio w przestrzeni kosmicznej, nie jest skażony ziemskimi zanieczyszczeniami. To właśnie sprawia, że próbki te są wyjątkowo cenne w badaniach nad pochodzeniem życia.
Pięć „liter", które zmieniają wszystko
Wszelkie życie na Ziemi — od bakterii po człowieka — posługuje się tym samym chemicznym kodem zapisanym w DNA i RNA. Kod ten zbudowany jest z pięciu tzw. zasad azotowych, zwanych często „literami życia":
- adenina (A)
- guanina (G)
- cytozyna (C)
- tymina (T) — składnik DNA
- uracyl (U) — składnik RNA
Naukowcy już wcześniej znajdowali pojedyncze egzemplarze niektórych z tych substancji w meteorytach, które spadły na Ziemię. Przy takich znaleziskach zawsze jednak pojawia się kluczowe pytanie: czy związki te znajdowały się w skale, gdy przemierzała kosmos, czy może dostały się tam po uderzeniu, na skutek ziemskiego skażenia?
W przypadku Ryugu sytuacja jest zupełnie inna. Próbki zostały zapakowane w sterylnych warunkach i przetransportowane bezpośrednio z przestrzeni kosmicznej do laboratoriów. Gdy naukowcy z Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology przeprowadzili szczegółową analizę tych drobinek, natrafili na coś, co wprawiło wielu badaczy w osłupienie: obecne były wszystkie pięć zasad azotowych.
Kompletny zestaw cegiełek DNA i RNA znalazł się w garści zimnego kosmicznego żwiru, który powstał miliardy kilometrów od naszych pierwotnych brzegów.
Życie jako kosmiczna reakcja łańcuchowa
Odkrycie to wspiera scenariusz, który od dawna krąży w środowisku astrobiologów. Zgodnie z tą koncepcją komety i asteroidy we wczesnej historii Ziemi dostarczyły nie tylko wody i minerałów, ale również cząsteczek organicznych. Nie było to gotowe życie — raczej chemiczny zestaw startowy, z którego na Ziemi z czasem powstały komórki, bakterie, a później bardziej złożone organizmy.
Odkrycie to nie jest odosobnione. Niedawno inny zespół badaczy ogłosił, że kompletny zestaw zasad azotowych znaleziono również na asteroidzie Bennu, zbadanej przez amerykańską misję OSIRIS-REx. Wskazuje to, że cegiełki te nie są rzadkim wyjątkiem, lecz powszechnie występują w pierwotnych skałach naszego Układu Słonecznego.
Jeśli tak jest, pochodzenie życia niekoniecznie musi być zupełnie unikalnym przypadkiem. Może to być proces uruchamiający się na wielu światach wszędzie tam, gdzie spotykają się woda, energia i odpowiedni zestaw chemicznych składników.
Tymina: brakujący element układanki
Jeden szczegół z badań nad Ryugu wzbudził szczególne zainteresowanie: obecność tyminy. Wcześniej na tej asteroidzie udało się wykryć jedynie uracyl, co dobrze wpisywało się w popularną hipotezę biochemiczną zakładającą, że najpierw istniał świat oparty wyłącznie na RNA, a DNA powstało później jako bardziej stabilny nośnik informacji genetycznej.
Nowa analiza wykazała jednak, że tymina — typowa dla DNA — była obecna już w tym pradawnym żwirze. Sugeruje to, że chemia właściwa dla DNA nie pojawiła się dopiero na młodej Ziemi, lecz powstała już w ciemnych, zamrożonych odłamkach skalnych daleko poza strefą zamieszkiwalną wokół Słońca.
DNA wydaje się nie być wynalazkiem samej Ziemi, lecz procesem, który zainicjował się w zimnym mroku wczesnego Układu Słonecznego.
Jak bada się kilka gramów kosmicznego pyłu?
Analiza laboratoryjna próbek z Ryugu to ćwiczenie z precyzji na najwyższym poziomie. Nawet mikroskopijny pyłek z powietrza może zaburzyć wyniki pomiarów. Dlatego zespoły pracują w ekstremalnie czystych pomieszczeniach, gdzie powietrze filtrowane jest wielokrotnie w ciągu godziny, badacze noszą specjalne kombinezony ochronne, a każde urządzenie jest wcześniej sprawdzane pod kątem śladów organicznych zanieczyszczeń.
Próbki są poddawane między innymi następującym procedurom:
- mieleniu w niskiej temperaturze, aby delikatne cząsteczki pozostały nienaruszone
- rozpuszczaniu w bardzo czystych cieczach w celu rozdzielenia poszczególnych substancji
- analizie technikami takimi jak spektrometria mas, pozwalającą na identyfikację związków na poziomie molekularnym
Mierząc proporcje różnych izotopów — wariantów tego samego pierwiastka o nieco innej masie — naukowcy mogą dodatkowo potwierdzić, że wykryte zasady azotowe rzeczywiście pochodzą z kosmosu, a nie z ludzkiego odcisku palca czy zagublonej chmurki pyłu.
Czy wszyscy jesteśmy dziećmi asteroid?
Japońska grupa badawcza idzie krok dalej niż tylko opisywanie znalezisk. Zdaniem naukowców skład chemiczny Ryugu doskonale pasuje do hipotezy, że młoda Ziemia przez długi czas była bombardowana przez podobne odłamki skalne, które dosłownie dostarczyły jej chemiczny zestaw narzędzi z zewnętrznych rejonów Układu Słonecznego.
W ten sposób wyłania się fascynujący obraz: gorąca, młoda Ziemia pokryta oceanami, w które nieustannie uderzają bryły lodu i skał. W kraterach i ciepłych basenach wodnych, gdzie spotykają się woda, minerały i energia, zasady azotowe oraz inne substancje organiczne mieszają się w coraz bardziej złożone kombinacje. Po niewyobrażalnie długim czasie gdzieś w tej chemicznej zupie pojawia się samoreplikująca się cząsteczka — zalążek biologii.
W tym scenariuszu jesteśmy ostatecznie potomkami serii kosmicznych przesyłek, dostarczonych przez asteroidy wędrujące przez przestrzeń od miliardów lat.
Co to oznacza dla poszukiwań pozaziemskiego życia?
Jeśli cegiełki DNA i RNA są tak powszechne w kosmosie, pytanie, które zadają sobie astronomowie, przesuwa się w innym kierunku. Nie brzmi już: „czy te cząsteczki gdzieś istnieją?", lecz raczej: „gdzie z tych cząsteczek rzeczywiście powstało życie?" Planety krążące wokół innych gwiazd, na których istnieje woda, mogłyby teoretycznie otrzymać taki sam zestaw startowy jak nasz.
| Lokalizacja | Dowody na cegiełki życia |
|---|---|
| Ryugu | kompletny zestaw zasad azotowych, minerały bogate w węgiel |
| Bennu | kompletny zestaw zasad azotowych, związki organiczne |
| Meteoryty na Ziemi | pojedyncze zasady azotowe, aminokwasy |
Nie oznacza to oczywiście, że wszechświat roi się od cywilizacji. Między kilkoma prostymi cząsteczkami a gatunkiem zdolnym do wysyłania sond kosmicznych zieje przepaść trudna do wyobrażenia. Wydaje się jednak, że krok od „martwej skały" do „chemii z potencjałem" jest mniej wyjątkowy, niż długo sądzono.
Czym dokładnie są zasady azotowe?
Zasady azotowe to stosunkowo małe cząsteczki organiczne, które razem z grupami cukrowymi i fosforanowymi tworzą charakterystyczną podwójną helisę DNA. Każdy „szczebel" tej spiralnej drabiny zbudowany jest z dwóch dopasowanych do siebie zasad, niczym elementy puzzli. Różna kolejność tych zasad tworzy kod zawierający instrukcje dla białek, a ostatecznie dla całych organizmów.
Do spontanicznego powstawania tych zasad nie jest potrzebne laboratorium. Chemicy eksperymentalni wykazali już, że przy użyciu prostych związków węgla, wody, azotu i energii — na przykład w postaci promieniowania ultrafioletowego — można tworzyć szereg cegiełek budulcowych bardzo podobnych do tych odkrytych teraz w Ryugu.
Co odkrycia w kosmosie mówią nam o nas samych?
Dla wielu ludzi pytanie o pochodzenie życia wydaje się odległe i abstrakcyjne. A jednak badania te dotykają bezpośrednio kwestii, które pojawiają się w codziennych rozmowach: „skąd pochodzimy?" i „czy jesteśmy sami we wszechświecie?" Odkrycie na Ryugu nie daje na te pytania ostatecznej odpowiedzi, ale pokazuje, że nasze istnienie może być mniej przypadkowe, niż się wydaje. Przesuwa ono początki naszego biologicznego „oprogramowania" daleko w głąb kosmosu.
Śledzenie takich odkryć pozwala również dostrzec, jak ściśle współpracują różne dziedziny nauki. Misje kosmiczne dostarczają surowego materiału, chemicy rozkładają jego skład na czynniki pierwsze, a biolodzy starają się zrozumieć, w którym momencie chemia przekształca się w życie. To właśnie taki rodzaj badań, w którym fizyka, chemia i biologia spotykają się w jednym punkcie.
