Μια θεμελιώδης ανακάλυψη που δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό Nature Astronomy επαναπροσδιορίζει την κατανόηση της προέλευσης των συστατικών που είναι απαραίτητα για τη ζωή. Το Pesquisadores έδειξε στο εργαστήριο ότι τα πεπτίδια, οι αλυσίδες των αμινοξέων που σχηματίζουν πρωτεΐνες, μπορούν να προκύψουν στις ψυχρές, σπάνιες συνθήκες της διαστρικής σκόνης, εξαλείφοντας την ανάγκη για υγρό νερό για αυτό το κρίσιμο βήμα στην πρεβιοτική χημεία.
Αυτή η πρόοδος υποδηλώνει ότι τα δομικά στοιχεία της ζωής δεν προήλθαν αποκλειστικά από πλανήτες με ωκεανούς, όπως πιστευόταν προηγουμένως. Αντίθετα, μπορεί να είναι ένα κοινό υποπροϊόν της εξέλιξης των γιγάντιων μοριακών νεφών, πολύ πριν από το σχηματισμό των άστρων και των πλανητικών συστημάτων. Η έρευνα δείχνει ότι αυτά τα ζωτικά συστατικά μεταφέρονται σε όλο το σύμπαν και παραδίδονται σε νέους κόσμους μέσω κομητών και αστεροειδών.
Το πείραμα προσομοίωσε με ακρίβεια το περιβάλλον του βαθέως διαστήματος, όπου η κοσμική ακτινοβολία αλληλεπιδρά με κόκκους σκόνης καλυμμένους με πάγο και απλά μόρια. Η ικανότητα σχηματισμού πεπτιδικών δεσμών υπό τέτοιες συνθήκες διευρύνει δραματικά τα πιθανά σενάρια για την εμφάνιση της ζωής στο σύμπαν, ενισχύοντας την ιδέα ότι τα βασικά συστατικά της είναι άφθονα σε όλο τον γαλαξία.
Προσομοίωση συνθηκών βαθέων διαστημάτων
Για να επιτύχουν αυτό το αποτέλεσμα, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν θαλάμους κενού εξαιρετικά υψηλού σε εγκαταστάσεις στο Universidade του Aarhus, στο Dinamarca και στο ινστιτούτο HUN-REN Atomki, στο Hungria. Σε ελεγχόμενα περιβάλλοντα, εναπόθεταν λεπτά στρώματα γλυκίνης, του απλούστερου αμινοξέος, σε μια επιφάνεια που μιμούνταν ένα κομμάτι κοσμικής σκόνης.
Στη συνέχεια, το δείγμα ψύχθηκε σε θερμοκρασία μόλις 13 Kelvin, που ισοδυναμεί με -260 βαθμούς Celsius, αναπαράγοντας τις συνθήκες που βρέθηκαν στις ψυχρότερες περιοχές των διαστρικών νεφών. Το ακραίο περιβάλλον Este βομβαρδίστηκε από μια δέσμη πρωτονίων, η οποία προσομοίωσε τη συνεχή επίδραση των κοσμικών ακτίνων που διαπερνούν το σύμπαν.
Ο χημικός μηχανισμός πίσω από την ανακάλυψη
Η ενέργεια που παρείχαν τα πρωτόνια ήταν αρκετή για να σπάσει τους χημικούς δεσμούς στη γλυκίνη και να αναδιατάξει τα άτομα, αναγκάζοντας μεμονωμένα μόρια να ενωθούν. Η διαδικασία Este είχε ως αποτέλεσμα τον σχηματισμό διπεπτιδίων, τα οποία είναι δύο συνδεδεμένα μόρια αμινοξέων, ακόμη και τριπεπτίδια, με τρεις μονάδες ενωμένες μεταξύ τους.
Ένα κρίσιμο υποπροϊόν που παρατηρήθηκε κατά τη διάρκεια της αντίδρασης ήταν η απελευθέρωση μορίων νερού. Το Isso επιδεικνύει μια εντελώς διαφορετική οδό σύνθεσης από τις διαδικασίες που είναι γνωστές στο Terra, οι οποίες γενικά εμφανίζονται σε υδατικό διάλυμα, όπως σε πρωτόγονους ωκεανούς ή υδροθερμικές οπές.
Αυτή η αντίδραση στερεάς κατάστασης, που οδηγείται από ακτινοβολία σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν, δείχνει έναν ισχυρό και αποτελεσματικό μηχανισμό για τη δημιουργία μοριακής πολυπλοκότητας στο διάστημα. Η απουσία ενός υγρού διαλύτη, που προηγουμένως θεωρούνταν απαραίτητη, αλλάζει το παράδειγμα της πρεβιοτικής χημείας.
Στοιχεία που επιβεβαιώνουν την έρευνα
Τα αποτελέσματα του εργαστηρίου βρίσκονται σε πλήρη ευθυγράμμιση με αστρονομικές παρατηρήσεις και αναλύσεις εξωγήινων δειγμάτων. Η πρόσφατη αποστολή OSIRIS-REx της NASA, για παράδειγμα, βρήκε μια αφθονία οργανικών ενώσεων πλούσιων σε άνθρακα, συμπεριλαμβανομένων των αμινοξέων, σε δείγματα που συλλέχθηκαν από τον αστεροειδή Bennu.
Προηγουμένως, ο ανιχνευτής Rosetta του Agência Espacial Europeia (ESA) είχε ήδη ανιχνεύσει γλυκίνη στο κώμα του κομήτη 67P/Churyumov-Gerasimenko. Οι ανακαλύψεις Essas σε πρωτόγονα σώματα από το Sistema Solar μας δείχνουν ήδη την ενεργή οργανική χημεία στο διάστημα.
Οι μετεωρίτες που εμπίπτουν στο Terra, ειδικά εκείνοι του τύπου ανθρακούχου χονδρίτη, περιέχουν επίσης ένα ευρύ φάσμα οργανικών μορίων, συμπεριλαμβανομένων αμινοξέων και νουκλεοβάσεων, των συστατικών του DNA και του RNA. Τα Eles θεωρούνται χρονοκάψουλες, διατηρώντας τα συστατικά του μοριακού νέφους που προκάλεσε το Sol και τους πλανήτες.
Η νέα μελέτη παρέχει τον κρίκο που λείπει, εξηγώντας πώς τα απλά αμινοξέα, αφού σχηματιστούν ή εναποτεθούν σε αυτούς τους κόκκους σκόνης, μπορούν να εξελιχθούν σε πιο περίπλοκες δομές όπως τα πεπτίδια, ακόμη και πριν ενσωματωθούν σε αστεροειδείς ή κομήτες.
Συνέπειες για την αναζήτηση εξωγήινης ζωής
Η ανακάλυψη ότι τα πεπτίδια μπορεί να είναι κοινά στη διαστρική σκόνη έχει βαθιές επιπτώσεις στην αστροβιολογία. Εάν τα δομικά στοιχεία πρωτεϊνών κατασκευάζονται παντού στον κόσμο, η πιθανότητα να προκύψει ζωή σε άλλους κόσμους αυξάνεται σημαντικά. Τα πετρώματα Planetas σε κατοικήσιμες ζώνες γύρω από άλλα αστέρια μπορούν να λάβουν ένα πολύ προηγμένο χημικό «κιτ εκκίνησης», επιταχύνοντας τη διαδικασία της αβιογένεσης.
Αυτό σημαίνει ότι η αναζήτηση ζωής δεν πρέπει να περιορίζεται σε πλανήτες πανομοιότυπους με τον Terra. Το Mundos με διαφορετικές συνθήκες μπορεί να έχει λάβει τα ίδια βασικά συστατικά μέσω κρούσεων. Η έρευνα καθοδηγεί μελλοντικές διαστημικές αποστολές, όπως το Telescópio Espacial James Webb, για να αναζητήσουν τις χημικές υπογραφές των πεπτιδίων σε πρωτοπλανητικούς δίσκους και μακρινά μοριακά νέφη, κάτι που θα μπορούσε να επιβεβαιώσει ότι αυτή η διαδικασία συμβαίνει σε γαλαξιακή κλίμακα.
Μια νέα προοπτική για την πρεβιοτική χημεία
Αυτή η έρευνα αντιπροσωπεύει μια σημαντική αλλαγή από τα κλασικά μοντέλα όπως το περίφημο πείραμα Miller-Urey του 1953. Σε αυτή την ιστορική μελέτη, τα αμινοξέα συντέθηκαν από ένα μείγμα αερίων που προσομοίωσαν την πρωτόγονη ατμόσφαιρα του Terra, με ενέργεια που παρέχεται από ηλεκτρικές εκκενώσεις. Το πείραμα Miller-Urey έδειξε ότι τα δομικά στοιχεία της ζωής θα μπορούσαν να προκύψουν από απλούς πρόδρομους σε ένα πλανητικό περιβάλλον, αλλά εξαρτώνται καθοριστικά από την παρουσία υγρού νερού και ατμόσφαιρας. Η νέα εργασία, από την άλλη πλευρά, μετατοπίζει το κύριο στάδιο της πρεβιοτικής χημείας από το πλανητικό περιβάλλον στο ψυχρό, κενό διαστρικό μέσο. Το Ele αποδεικνύει ότι η οργανική πολυπλοκότητα μπορεί να αυξηθεί σημαντικά ακόμη και πριν σχηματιστούν πλανήτες. Essa Η παγκόσμια χημεία, που διέπεται από φυσικούς νόμους και αντιδράσεις που προκαλούνται από την ακτινοβολία, υποδηλώνει ότι το σύμπαν είναι εγγενώς προετοιμασμένο για ζωή, κατανέμοντας τα θεμελιώδη συστατικά του σε τεράστιες αποστάσεις και σπέρνοντας αμέτρητα σχηματιζόμενα αστρικά συστήματα με τα μόρια που χρειάζονται για να γίνει το πρώτο βήμα προς τη βιολογία.
Λεπτομέρειες της εργαστηριακής διαδικασίας
Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν προηγμένες τεχνικές φασματομετρίας μάζας για να αναλύσουν τα προϊόντα που σχηματίστηκαν σε πραγματικό χρόνο. Η μέθοδος Este κατέστησε δυνατή την ακριβή ταυτοποίηση των νέων μορίων που δημιουργήθηκαν, επιβεβαιώνοντας το σχηματισμό πεπτιδικών δεσμών και τη δομή των αλυσίδων αμινοξέων που προκύπτουν, ακόμη και σε ελάχιστες ποσότητες, αποδεικνύοντας την αποτελεσματικότητα της προσομοιωμένης διαδικασίας.