Identifikācija triptofāns uz asteroīda Bennu Tas ir kļuvis par vienu no pārsteidzošākajiem atklājumiem nesenajā astrobioloģijā. Pirmo reizi sarežģīta neaizvietojama aminoskābe, kas plaši pazīstama ar savu klātbūtni tādos pārtikas produktos kā tītars, pārliecinoši parādās ārpuszemes materiālā, kas savākts tieši un gandrīz neskartos apstākļos.
Rezultāts ir iegūts no paraugiem, ko misija NASA OSIRIS-REx Tas tika atvests uz Zemi no Bennu, neliela tuvumā esoša asteroīda, kas tiek uzskatīts par īstu agrīnās Saules sistēmas laika kapsulu. Atklājums ne tikai paplašina ārpus mūsu planētas atklāto organisko savienojumu katalogu, bet arī pastiprina domu, ka Dzīvības pamatsastāvdaļas varētu tikt ražotas un ceļotas kosmosā ilgi pirms Zeme kļuva apdzīvojama.
Kas ir Bennu un kāpēc šis asteroīds tik ļoti interesē astrobioloģiju?
Bennu ir a Oglekļa bagāts asteroīds aptuveni 500 metru diametrā Tas aptuveni ik pēc sešiem gadiem palido garām Zemei relatīvi tuvu. Viss liecina, ka tas ir fragments, kas atdalījies no lielāka ķermeņa, kas sākotnēji atradās galvenajā asteroīdu joslā starp Marsu un Jupiteru un izveidojās pirms miljardiem gadu.
Tā ķīmiskais sastāvs saglabājas agrīnās Saules sistēmas procesu pēdasseno supernovu paliekas, hidratēti minerāli, sāļi un organiskie savienojumi, kas laika gaitā ir mainījušies iekšējā karstuma ietekmē, izkusušais ledus un saules starojumu. Zinātniekiem Bennu pētīšana ir kā loga atvēršana uz ķīmiskās vēstures agrīnās nodaļas mūsu kosmiskās apkārtnes.
Turklāt orbitālie dati liecina, ka Bennu atkārtoti tuvojas Zemes orbītai Un ka, lai gan varbūtība ir zema, pastāv neliela trieciena iespējamība 22. gadsimta beigās. Šī interese par tā trajektoriju papildina zinātnisko interesi par tā sastāvu, kas izskaidro, kāpēc tas tika izvēlēts par tik sarežģītas misijas kā OSIRIS-REx mērķi.
Arī Eiropai un jo īpaši Spānijas zinātnieku aprindām Bennu ir iespēja. Pētnieki no Kanāriju salu Astrofizikas institūts un Eiropas centri Viņi piedalās līdzīgu organisko savienojumu analīzē zvaigžņu veidošanās reģionos, savienojot laboratorijā redzēto ar to, kas tiek atklāts starpzvaigžņu telpā.
OSIRIS-REx misija: kā tika iegūti Bennu paraugi
Zonde OSIRIS-REx (akronīms no Origins (Izcelsme), Spectral Interpretation (Spektrālā interpretācija), Resource Identification and Security (Resursu identificēšana un drošība) uzsāka darbību ar ļoti konkrētu mērķi: Pieskaries Bennu virsmai, savāc regolītu un atnes to mājās.Pēc vairāku mēnešu manevrēšanas ap asteroīdu kosmosa kuģis pietuvojās 2020. gada oktobrī un, īslaicīgi saskaroties ar savu robotizēto roku, satvēra putekļus un klinšu fragmentus.
Kopumā misija tika izpildīta 121,6 grami materiālaRekordlielums šāda veida projektam. Kapsula ar paraugu nolaidās uz Zemes 2023. gadā, un no turienes NASA sāka izplatīt nelielas porcijas pētniecības komandām visā pasaulē, tostarp Eiropas grupām, kas specializējas ārpuszemes organiskajā ķīmijā.
Šo panākumu galvenā sastāvdaļa ir parauga saglabāšanas veids. Regolīts neizgāja cauri Zemes atmosfērai kā meteorīts.Tāpēc tas netika pakļauts ekstremālai karsēšanai vai ķīmiskām izmaiņām, kas raksturīgas kosmosa akmeņiem, krītot uz Zemes. Tas arī netika pakļauts Zemes gaisam vai ūdenim, izņemot ārkārtīgi kontrolētus protokolus.
Astrobioloģijas ekspertiem tas padara Bennu paraugus neskarts materiālsgandrīz bez piesārņojuma. Šī tīrība ir ļoti svarīga, mēģinot noteikt tādas delikātas molekulas kā triptofāns, kuras skarbos apstākļos viegli sabrūk vai sajauc ar sauszemes piesārņotājiem.
Konkrētajā pētījuma gadījumā, kurā tika identificēts triptofāns, analizētā frakcija bija niecīga: tikai aptuveni 50 miligramiPat ja tā, instrumentu jutība ir bijusi pietiekama, lai iegūtu skaidrus ķīmiskus signālus, kas liecinātu, ka tur bija kaut kas vairāk nekā jau zināmās aminoskābes.
Kā triptofāns ir atklāts Bennu materiālā
Jauns zinātniskais darbs, kas publicēts žurnālā Nacionālās Zinātņu akadēmijas (PNAS) rakstiViņš apvienoja divas savstarpēji papildinošas metodes, lai rūpīgi izpētītu dažādos asteroīda fragmentos esošo organisko savienojumu klāstu. Mērķis bija iegūt pēc iespējas pilnīgāku priekšstatu par Bennu iekšējo ķīmiju.
No vienas puses, tas tika piemērots zibspuldzes pirolīzeŠī metode ļoti strauji uzkarsē materiālu, atbrīvojot gāzes un savienojumus, kas bija iesprostoti iežos. Šīs molekulas pēc tam tiek identificētas pēc to pirkstu nospiedumiem hromatogrammā un masas spektrā, kas ir kaut kas līdzīgs ķīmiskajam identifikatoram.
No otras puses, tika izmantotas metodes, lai mitrā ķīmijaŠīs metodes ir paredzētas organisko molekulu izjaukšanai un nelielai modificēšanai, lai atjaunotu to struktūru un konfigurāciju. Šī stratēģija ir īpaši noderīga, lai atšķirtu dažādu aminoskābju veidus un noteiktu savienojumus, kas atrodas nelielā daudzumā.
Savstarpēji atsaucoties uz abu pieeju rezultātiem, komanda atrada katalogu ar organiskie savienojumi, kas atbilst iepriekšējiem pētījumiem no oglekli bagātiem meteorītiem, bet ar jaunu detaļu: vāji, bet konsekventi signāli, kas norāda uz a piecpadsmitā aminoskābe Uz Bennu virsmas ir triptofāns. Līdz šim šī aminoskābe nekad nav bijusi ticami ziņota meteorītos vai citos no kosmosa atgrieztos paraugos.
Pētnieki uzstāj, ka, lai gan pārliecības līmenis ir augsts, Joprojām nepieciešama turpmāka analīze. ar vēl stingrākiem tīrīšanas protokoliem, lai pilnībā izslēgtu jebkādas sauszemes piesārņojuma pēdas. Taču signālu konsekvence dažādos eksperimentos un paraugu tīrība liek daudziem speciālistiem uzskatīt šo atklājumu par ļoti pamatotu.
Kāpēc triptofāns šajā kontekstā ir tik svarīgs?
Triptofāns ir viens no 20 aminoskābes, ko izmanto dzīvība uz Zemes lai ražotu olbaltumvielas, un pieder pie grupas, kas pazīstama kā neaizvietojamās aminoskābes, kuras mūsu organisms nespēj sintezēt un kuras tāpēc mums jāuzņem ar pārtiku.
No ķīmiskā viedokļa tas ir viens no sarežģītākas aminoskābesar aromātisku gredzenu, kas piedalās galvenajās reakcijās un palīdz stabilizēt daudzu olbaltumvielu struktūru. Turklāt tas ir tādu molekulu kā serotonīns, kas saistīts ar garastāvokli un miegu, kas ir veicinājis populāro saistību starp svētku tītaru un miegainību.
Triptofāna klātbūtne, pat nelielos daudzumos, liecina, ka Ķīmiskā reakcija, kas notika tādos mazos ķermeņos kā Bennu, spēja radīt ļoti plašu aminoskābju repertuāru.ne tikai vienkāršākās. Uz Zemes šīs sarežģītās aminoskābes ir būtiskas šūnu funkcijai un olbaltumvielu daudzveidībai.
Līdz šim jaunajam rezultātam Bennu izmeklēšana jau bija apstiprinājusi klātbūtni. 14 aminoskābes, ko izmanto dzīvās būtnesPapildus piecām DNS un RNS nukleobāzēm, triptofāna pievienošana palielina asteroīdā konstatēto olbaltumvielu veidojošo aminoskābju skaitu līdz 15, kas no astrobioloģiskā viedokļa ir nozīmīgs solis.
Vairāki speciālisti, tostarp Astroķīmiķi Godārda Kosmosa lidojumu centrā Un Eiropas institūciju zinātnieki uzsver, ka šāda veida atklājumi pastiprina hipotēzi, ka Dzīvības pamatelementi dabiski radās daudzās dažādās telpiskās vidēsun ne tikai uz mūsu planētas virsmas.
Ķīmiski daudzveidīgs asteroīds: ūdens, sāļi un organiskās vielas
Paraugu analīze ir parādījusi, ka Bennu nebūt nav homogēns objekts. Mainās šķīstošo un nešķīstošo organisko savienojumu proporcijas no viena akmens uz otru, kas norāda, ka sākotnējais ķermenis, no kura iznāca asteroīds, ir piedzīvojis atšķirīgus iekšējos ģeoloģiskos procesus.
Dati liecina, ka mātesuzņēmuma iekšienē Šķidrs ūdens cirkulēja nevienmērīgiradot heterogēnas ūdens izmaiņas. Dažos apgabalos veidojās noteikta veida hidratēti minerāli un sāļi, savukārt citos dominēja sarežģītāki ogļūdeņraži, piemēram, policikliskie aromātiskie ogļūdeņraži.
Šis maisījums no sāļi, amonjaks, minerāli un organiskās vielas Tas atgādina to, ko novēro oglekļa hondrītos — meteorītu veidā, kas tiek plaši pētīts Eiropas laboratorijās. Atšķirība ir tāda, ka Bennu paraugi nonāk atmosfēras iekļūšanas rētām, tādējādi saglabājot trauslās sastāvdaļas, kas meteorītos parasti izzūd.
Misijā iesaistītie pētnieki uzsver, ka Bennu mātes ķermenim noteikti bija jābūt mazai, aktīvai ģeoloģiskai pasaulei.ar vairākām šķidruma sistēmām, kas darbojas dažādos laikos un vietās, katra no kurām nosaka savu ķīmisko reakciju. Bennu būtu mantojis un saglabājis daļu no šīs vides mozaīkas.
Ja viena un tā paša asteroīda dažādi reģioni piedāvā daudzveidīga ķīmiskā mikrovidePieaug varbūtība, ka dažās no tām veidosies arvien sarežģītākas molekulas. Eiropas astrobioloģijai šis scenārijs labi atbilst idejai, ka mazie Saules sistēmas ķermeņi simtiem miljonu gadu bija īstas ķīmiskās "laboratorijas".
Kreisās un labās puses aminoskābes: ko Bennu mums stāsta par dzīves hirālitāti
Viens no interesantākajiem Bennu atrodamo aminoskābju aspektiem ir tas, ka Tie parādās racēmiskos maisījumosTas ir, ar līdzīgu daudzumu "kreiso" (L) un "labo" (D) versiju. Lai gan ķīmiskā formula ir tāda pati, telpiskais izkārtojums ir spoguļattēls, kam ir svarīgas sekas bioloģijā.
Uz Zemes dzīvība gandrīz tikai izmanto aminoskābju kreisās rokas (L) versija veidot olbaltumvielas, asimetrija, kas joprojām ir viena no klasiskajām dzīvības izcelsmes mīklām. Tas, ka Bennu paraugos ir redzams līdzsvarots L un D sajaukums, liecina, ka Šī bioloģiskā izvēle netika uzspiesta jau no paša sākuma. Saules sistēmas ķīmiskā sastāva dēļ.
Drīzāk viss norāda uz to, vienas "puses" izvēle Tas notika vēlākos posmos, iespējams, uz pašas Zemes, ļoti specifiskos fiziskos vai vides apstākļos. Šāda veida pavediens ir īpaši interesants Eiropas grupām, kas modelē homociralitātes izcelsmi prebiotiskās sistēmās.
Jebkurā gadījumā racēmisko maisījumu klātbūtne uz Bennu pastiprina domu, ka pirms dzīvības parādīšanās tādā veidā, kā mēs to pazīstam, Pieejamo molekulu katalogs bija daudz neitrālāks. No hirālitātes viedokļa asimetrija tāpēc varētu būt lokālu procesu sekas, nevis telpiskās vides globāla īpašība.
Tiem, kas prāto, kādas sekas tam ir dzīvības meklējumiem ārpus Zemes, interpretācija ir skaidra: Mēs nevaram pieņemt, ka citas pasaules izmantos tieši tādu pašu molekulāro “pusi”. ka mūsu bioloģija, lai gan tām ir vienādi organisko molekulu pamattipi.
Asteroīdi kā vēstneši: vai dzīvība uz Zemes varēja ierasties, jājot uz Bennu un tā radinieku mugurām?
Gadu desmitiem dažādas pētnieku grupas ir strādājušas ar ierosinošu hipotēzi: ka Asteroīdi un komētas darbojās kā transporta līdzekļi prebiotisko savienojumu nonākšanu agrīnajā Zemē. Jaunie Bennu rezultāti piešķir šai idejai vēl lielāku svaru.
Fakts, ka tie tika atrasti uz šī asteroīda aminoskābes, nukleobāzes, amonjaks un ūdensTas viss vidē, kurā saglabājušās seno sālsūdeņu pēdas, labi atbilst scenārijam par dzīvības ķīmijas galveno sastāvdaļu "kosmisko piegādi".
Iepriekšējie pētījumi par citiem ķermeņiem, piemēram, asteroīdu Ryugu Bennu meteorīta paraugos, kurus atdeva Japānas kosmosa aģentūra, un daudzos oglekļa meteorītos, kas tiek pētīti laboratorijās Eiropā un Amerikas Savienotajās Valstīs, jau bija konstatētas dažādas aminoskābes. Tomēr Bennu piedāvā bagātīgāku un labāk saglabājušos aminoskābju repertuāru.
Daži eksperti šos mazākos ķermeņus ir aprakstījuši kā molekulu "piegādes pakalpojums" kas bombardēja Zemes virsmu tās pirmo simtu miljonu gadu laikā. Šajā laikā okeānos, dīķos un akmeņainās virsmās spēja uzkrāties liels daudzums organisko savienojumu, veicinot arvien sarežģītākas reakcijas.
No Eiropas pētniecības viedokļa šim uzskatam ir skaidras sekas eksoplanētu un jauno planētu sistēmu izpētei: ja Kosmosa dabiskā ķīmija regulāri rada tos pašus pamatelementus, ko izmanto dzīvība uz Zemes.Ir pamatoti uzskatīt, ka līdzīgi procesi varētu notikt arī citās galaktikas daļās.
Saistība ar novērojumiem starpzvaigžņu mākoņos un zvaigžņu veidošanās reģionos
Triptofāna atklāšana Bennu galaktikā ir saistīta ar darbu, kas tiek veikts Eiropā infrasarkanās un milimetru viļņu astronomijas jomā. Komandas no Kanāriju salu Astrofizikas institūts un citas iestādes Viņi ir identificējuši triptofāna parakstus zvaigžņu veidošanās reģionos, piemēram, Perseus molekulārajā kompleksā.
Apgabalā, kas pazīstams kā IC348Piemēram, kosmosa teleskopa datos ir atklātas šai aminoskābei atbilstošas emisijas līnijas, kas liecina, ka Gāzu un putekļu mākoņos jau veidojas sarežģītas molekulas ilgi pirms nobriedušu planētu sistēmu parādīšanās.
Ka abos parādās viena veida molekula tālās starpzvaigžņu vidēs Aminoskābju klātbūtne uz Zemei tuvu esoša asteroīda, piemēram, Bennu, apstiprina ideju par ķīmiski ražīgu Visumu. Lai parādītos neaizvietojamās aminoskābes, nebūtu nepieciešama ārkārtas vide; pietiktu ar apstākļiem, kas dabiski rodas molekulārajos mākoņos un ķermeņos, kas bagāti ar ledu un oglekli.
Eiropas zinātnieku aprindām šie rezultāti ir stimuls meklēt citas aminoskābes un prebiotiskos savienojumus dažādos Piena Ceļa reģionos. Jo vairāk piemēru uzkrājas, jo grūtāk būs apgalvot, ka Zeme ir ķīmiska anomālija.
Kombinācija Bennu paraugu laboratoriskā analīze Ar astronomiskiem novērojumiem no teleskopiem, kas atrodas Kanāriju salās, Čīlē vai kosmosā, tas piedāvā integrētu skatu: no starpzvaigžņu mākoņa līdz apdzīvojamai planētai, iet cauri asteroīdiem, kas darbojas kā starpposmi.
Eiropas un Spānijas loma Bennu un prebiotisko savienojumu izpētē
Lai gan OSIRIS-REx misiju vada NASA, Eiropas līdzdalība analīzē Paraugu un to astrofiziskā konteksta nozīme ir ievērojama. Institūti Francijā, Vācijā, Itālijā, Apvienotajā Karalistē un Spānijā sadarbojas, lai pētītu minerālus, organiskos savienojumus un spektrālās pazīmes, kas saistītas ar asteroīdā atklātajiem savienojumiem.
Spānijā tādi centri kā Kanāriju salu Astrofizikas institūts Universitātes ar astroķīmijas un planētu ģeozinātņu grupām rūpīgi seko šiem rezultātiem, balstoties uz iepriekšējo pieredzi pētījumos Meteorīti un regolīta analogiLai gan lielākā daļa Bennu materiāla tiek analizēta Amerikas Savienotajās Valstīs, iegūtie dati tiek kopīgoti starptautiski.
Turklāt Eiropa veicina savas izpētes un paraugu atgriešanas misijas, piemēram, nākotnes Japānas un Eiropas misija MMX uz Marsa pavadoņiem vai ESA plāniem sadarbībā ar NASA nogādāt Marsa materiālu atpakaļ uz Zemes. Pieredze, kas gūta ar Bennu, kalpos par vadlīnijām trauslu savienojumu savākšanas un saglabāšanas protokolu izstrādei.
Eiropas iedzīvotājiem šie sasniegumi nav tikai virsraksti par eksotisku asteroīdu: tie veicina pētījumi ķīmijā, fizikā un bioloģijā kas pēc tam tiek pārvērsti jaunās analītiskās metodēs, instrumentācijas uzlabojumos un speciālistu apmācībā progresīvākajās jomās.
Izglītības un sabiedrības informēšanas kontekstā stāsts par triptofānu Bennu salās piedāvā konkrētu un saistošu piemēru, kas izskaidro Kā Eiropā tiek pētīta dzīvības izcelsme, komandām strādājot plecu pie pleca ar kolēģiem no citiem kontinentiem pie tēmas, kas dziļi sirdī izaicina mūs visus: no kurienes mēs nākam un kādu vietu mēs ieņemam kosmosā.
Kas vēl jāatklāj par Bennu un triptofānu
Neskatoties uz uzmanību piesaistošo virsrakstu, paši pētnieki uzstāj, ka jāievēro zināma piesardzība. Nākamais solis būs neatkarīgi apstiprināt triptofāna klātbūtni veicot jaunas parauga citu frakciju analīzes, izmantojot vēl prasīgākas metodes piesārņotāju kontroles ziņā.
Turklāt tiek pastāvīgi pieliktas pūles, lai lai labāk kartētu Bennu iekšējo daudzveidībuDetalizēti aprakstiet, kuri minerāli, sāļi un organisko vielu veidi parādās kopā un kādas norādes tie sniedz par fizikālajiem apstākļiem (temperatūra, spiediens, ūdens klātbūtne), kādos tie veidojušies.
Zinātnieki šos rezultātus salīdzina arī ar kas ir novērots citās ķermeņos, piemēram, Ryugu un noteiktus meteorītus, lai noskaidrotu, vai Bennu atrastā aminoskābju un nukleobāzu "ēdienkarte" ir izņēmums vai arī tā ir norma oglekli saturošu asteroīdu vidū.
Liela daļa OSIRIS-REx atgrieztā materiāla tiks ilgtermiņā uzglabāta specializētās iekārtās, līdz tiks panākta vienošanās. analīzes metodes, kas vēl nepastāvPieredze ar Apollo misiju Mēness paraugiem, kas gadu desmitiem vēlāk, pateicoties jauniem rīkiem, turpina sniegt pārsteigumus, liecina, ka Bennu turpinās sniegt datus vēl daudzus gadus.
Lai gan mums vēl nav visas atbildes, veidojas aina par Visums, kas spēj radīt un izplatīt dzīvības ķīmiskās sastāvdaļas visuratstājot planētām uzdevumu organizēt šīs sastāvdaļas arvien sarežģītākās bioloģiskās sistēmās.
Kas ir tumši akmeņi Bennu piedāvā to, ka robeža starp kosmosa “nedzīvo” ķīmiju un bioķīmija Struktūra, kas uztur dzīvas būtnes, ir mazāk skaidra, nekā mēs domājām; tā kā triptofāns un citas aminoskābes ceļo pa asteroīdiem, Zemei noteikti bija jāsaņem bagātīgs daudzums. molekulārie celtniecības blokiUn šis agrīnais nodrošinājums, iespējams, bija izšķirošs garajā ceļā, kas veda no vienkāršiem organiskiem savienojumiem līdz dzīvības daudzveidībai, ko mēs pazīstam šodien.
