Рибоза и глюкоза в частицах астероида: открытие, которое меняет историю происхождения биологии

Команда выявила уникальный полимероподобный материал в частицах Бенну по данным анализа

Когда образцы астероида Бенну были доставлены на Землю миссией OSIRIS-REx, ученые ожидали, что они помогут приблизиться к пониманию ранних этапов химии Вселенной. Новые исследования подтвердили эти ожидания и показали, что в частицах астероида скрываются ключевые органические молекулы, сформировавшиеся задолго до появления планет. Материал Бенну оказался источником редких соединений, которые дают новое представление о том, как могла зародиться жизнь. Об этом сообщается со ссылкой на публикации исследовательских групп, работающих с образцами миссии.

Первые следы сахаров, связанных с биологией

Ученые обнаружили в материале астероида рибозу — пятиуглеродный сахар, необходимый для формирования РНК, а также глюкозу, распространенный шестиуглеродный сахар, который в земных условиях является одним из главных энергетических источников для живых организмов. Ранее рибоза встречалась в отдельных метеоритах, но впервые оба сахара были найдены в образцах, доставленных непосредственно с астероида и не подвергшихся земному загрязнению.

Эти находки имеют большое значение, поскольку элементы, используемые для построения РНК и ДНК, уже были обнаружены в материале Бенну. Теперь к ним добавились ключевые сахара, формирующие основу нуклеиновых кислот. Это делает исследование особенно важным для гипотезы о "мире РНК", предполагающей, что первые биомолекулы на Земле могли действовать одновременно как носители информации и как катализаторы реакций.

"Новое открытие рибозы означает, что все компоненты для формирования молекулы РНК присутствуют в Бенну", — сказал Ёсихиро Фурукава из Университета Тохоку, руководивший исследованием.

При этом исследователи подчеркнули, что дезоксирибоза, составляющая фундамент ДНК, в образцах отсутствует. Это дает основание предполагать, что в ранней Солнечной системе рибоза могла быть гораздо более распространенной и стабильной. Значение такого наблюдения становится понятнее, если учитывать, что многие органические процессы могли зарождаться в космосе еще до формирования планет.

Дополнительный интерес вызывает связь таких находок с современными моделями биологии. В других исследованиях ученые также отслеживают, как различные органические вещества оказывают влияние на поведение организмов, например, как микробные обмены влияют на устойчивость животных, что наблюдается и в колониях насекомых, где муравьи устраняют инфекции коллективными механизмами защиты.

Странный древний материал, застывший во времени

Другая команда исследователей нашла в образцах соединение, не похожее ни на одно ранее встречавшееся вещество в космических материалах. Оно обладает структурой, напоминающей застывшую жвачку: первоначально мягкое и гибкое, оно со временем стало плотным, но сохранило следы своей прежней структуры. Ученые отмечают, что это вещество насыщено азотом и кислородом, а его необычные свойства могли сформироваться на самых ранних этапах существования родительского тела астероида.

Исследователи изучили богатые углеродом зерна, усиливали их и разрезали до уровня, который позволял рассмотреть молекулярные связи. Именно тогда стало ясно, что вещество уникально, а его происхождение требует пересмотра классических моделей формирования органики в космосе.

"Мы знали, что у нас есть что-то замечательное в тот момент, когда изображения начали появляться на мониторе. Это было похоже на то, что мы когда-либо видели, и в течение нескольких месяцев мы были погружены в данные, пытаясь понять, как это могло возникнуть", — сказал Зак Гейнфорт из Калифорнийского университета в Беркли.

Особый интерес вызвал карбамат — соединение, которое обычно растворяется в воде. Однако на Бенну оно, вероятно, начало полимеризоваться до появления достаточного количества жидкой влаги. Получившаяся структура напоминает хаотичные цепи, которые указывают на неожиданные химические процессы в ранней Солнечной системе.

Исследователи отметили, что материал способен слегка сгибаться, прежде чем ломаться. Со временем излучение сделало его хрупким — так же, как солнечный свет разрушает наружный пластик на Земле. Ученые называют это соединение своеобразной "космической версией пластика", хотя оно значительно менее упорядочено, чем земные полимеры.

Пыль, пережившая рождение Солнца

Третье исследование сосредоточилось на пресолнечных зернах — микрочастицах, сформировавшихся в старых звездах задолго до рождения нашей системы. Эти частицы переносят информацию о тех процессах, которые происходили в космосе миллиарды лет назад. В образцах астероида Бенну ученые обнаружили в шесть раз больше такой пыли, чем в любых других аналогичных материалах.

Эта особенность указывает на то, что родительское тело Бенну могло сформироваться в области протопланетного диска, насыщенной остатками сверхновых. Некоторые участки образцов сохранились практически нетронутыми, избежав химических изменений, которые разрушают органику и силикатные зерна в большинстве астероидов.

"Эти фрагменты сохраняют более высокое изобилие органического вещества и пресолнечных силикатных зерен… Наше исследование показывает разнообразие пресолнечных материалов, которые родитель аккрецировал, когда он формировался", — пояснила Энн Нгуен из Космического центра Джонсона НАСА.

Нетронутые карманы древней пыли дают уникальную возможность reconstruировать этапы роста родительского тела Бенну и сравнить их с моделями формирования других объектов. Аналогично тому, как природные факторы влияют на поведение животных на Земле — например, поддержание популяций или ускорение размножения у живущих рядом с человеком видов, что видно по наблюдениям за городскими белками - космические условия тоже формируют разнообразие материала, которое ученые могут проследить спустя миллиарды лет.

Как Бенну меняет представления о происхождении жизни

Астероид Бенну оказался необычайно информативным объектом. Его образцы показывают, что сложная органическая химия существовала задолго до появления планетарных атмосфер и океанов. Сахара, связанные с формированием РНК, древний полимероподобный материал и пресолнечная пыль дают редкую возможность увидеть, из чего складывались химические основы будущей биологии.

OSIRIS-REx впервые доставил на Землю образцы, настолько многослойные по своему происхождению. В них пересеклись процессы раннего нагрева, полимеризации, взаимодействия с излучением и сохранения древней звездной пыли. Эта комбинация делает Бенну ключевым объектом для понимания того, какие строительные блоки могли быть доступны на самых ранних этапах формирования Земли.

Исследователи ожидают, что по мере продолжения анализа будут появляться новые данные: органические соединения, минеральные структуры, неразрушенные зерна и другие фрагменты, которые могут дать дополнительные подсказки о происхождении веществ, ставших основой жизни.

Сравнение органики Бенну и других космических материалов

Органические молекулы неоднократно обнаруживались в метеоритах, но материал Бенну отличается уровнем сохранности и разнообразием находок.

В метеоритах сахара обычно встречаются реже и в меньших концентрациях, чем в образцах астероида.
Пресолнечная пыль в обычных астроматериалах содержит меньше частиц сверхновых.
Полимероподобные вещества ранее не фиксировались в материале, доставленном напрямую с небесного тела.

Это позволяет рассматривать Бенну как один из наиболее ценных источников информации о химических процессах, происходивших до образования Солнечной системы.

Плюсы и минусы разнообразия органики в образцах

Разнообразные находки в образцах имеют исследовательские преимущества и ограничения.
Положительные стороны:

широкая палитра органических соединений помогает изучать ранние химические процессы;
высокая концентрация пресолнечных зерен расширяет представления о происхождении материала;
необычные полимерные структуры позволяют рассматривать альтернативные пути формирования сложных молекул;
сохранность частиц снижает вероятность земного загрязнения.

Сложности и ограничения:

хрупкость некоторых образцов усложняет анализ;
неоднородность материала требует применения нескольких методов исследования;
редкость некоторых структур ограничивает возможность воспроизведения экспериментов;
отсутствие некоторых ключевых молекул (например, дезоксирибозы) оставляет открытые вопросы.

Советы по пониманию химии ранней Солнечной системы

Сопоставлять данные из разных исследований, чтобы видеть общие черты в образцах различных астероидов.
Обращать внимание на степень сохранности органики: это помогает понять условия её формирования.
Учитывать влияние радиации и нагрева на ранних этапах развития небесных тел.
Оценивать разнообразие пресолнечных зерен как индикатор условий в протопланетном диске.
Следить за новыми публикациями по OSIRIS-REx — исследования продолжаются и регулярно приносят новые результаты.