Uzorci s asteroida Bennu koje je na Zemlju donijela NASA-ina misija OSIRIS-REx nastavljaju otvarati prozor u rani Sunčev sustav i moguće kemijske početke života. U tri nova rada objavljena u časopisima Nature Geosciences i Nature Astronomy znanstvenici izvještavaju o otkriću šećera ključnih za biologiju, neobične, gumi slične organske tvari koja dosad nije viđena u svemirskim stijenama te iznenađujuće velikoj količini prašine nastale u eksplozijama supernova.
Riječ je o materijalu koji je letjelica OSIRIS-REx (Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, and Security-Regolith Explorer) prikupila s površine Bennua i donesla na Zemlju. Takvi uzorci čuvaju kemijski zapis iz vremena kada se iz Sunčeve maglice formirao protoplanetarni disk, a u njemu Sunce, planeti i manja tijela. Novi rezultati upućuju na to da su temeljne sastavnice bioloških molekula, složeni organski polimeri i prašina umirućih zvijezda bili gusto isprepleteni već u tom najranijem razdoblju.
Šećeri, RNA i kemijski “inventar” ranog Sunčeva sustava
Prvi rad, objavljen u časopisu Nature Geoscience pod vodstvom Yoshihira Furukawe sa Sveučilišta Tohoku u Japanu, fokusira se na šećere pronađene u uzorcima s Bennua. Istraživači su identificirali petougljičnu ribozu te, po prvi put u izvanzemaljskom materijalu, i šestougljični šećer glukozu. Premda ti šećeri sami po sebi nisu dokaz života, pridružuju se ranije u istim uzorcima detektiranim aminokiselinama, nukleobazama i karboksilnim kiselinama, što pokazuje da je osnovni materijal za nastanak bioloških molekula bio široko rasprostranjen u Sunčevu sustavu.
Na Zemlji su deoksiriboza i riboza ključni šećeri u DNK i RNA. DNA je glavni nositelj genetičke informacije u stanicama, dok RNA obavlja niz uloga, od prijenosa uputa do katalize kemijskih reakcija. U RNA molekuli riboza gradi šećerno-fosfatni kostur koji povezuje niz nukleobaza što nose informaciju. Bez takvih struktura suvremeni oblici života ne bi mogli postojati. U tom kontekstu otkriće riboze u materijalu asteroida dodatno učvršćuje vezu između međuzvjezdane i planetarne kemije i kasnije biokemije.
“U uzorcima Bennua koje je na Zemlju donijela misija OSIRIS-REx već je pronađeno svih pet nukleobaza koje sudjeluju u izgradnji DNK i RNA, zajedno s fosfatima”, podsjeća Furukawa. “Novo otkriće riboze znači da su u Bennuu prisutne sve sastavnice potrebne za nastanak molekule RNA.” Time Bennu još jasnije pokazuje da su ključni gradivni elementi genetike postojali u Sunčevu sustavu davno prije pojave života na Zemlji.
Riboza je i ranije otkrivena u dva meteorita pronađena na Zemlji, pa njezina prisutnost u uzorcima s Bennua nije sasvim neočekivana. No presudan detalj ovog istraživanja jest to što znanstvenici u tim uzorcima nisu našli deoksiribozu. Ako Bennu doista odražava tipične uvjete u ranom Sunčevu sustavu, takav omjer upućuje na to da je riboza bila češća od deoksiriboze u prvim kemijskim nišama. Istraživači smatraju da taj rezultat podupire hipotezu “svijeta RNA”, prema kojoj su najraniji oblici života kao glavni nositelj informacije i pokretač kemijskih reakcija koristili upravo RNA.
Furukawa objašnjava da se suvremeni život temelji na složenom sustavu koji se prije svega oslanja na tri vrste funkcionalnih biopolimera: DNK, RNA i proteine. Ipak, najraniji oblici života vjerojatno su bili jednostavniji, a RNA je vodeći kandidat za prvi funkcionalni biopolimer jer može pohranjivati genetičku informaciju i poticati brojne biološke reakcije. U takvoj slici rane biologije Bennu se nameće kao kapsula vremena u kojoj su sačuvane ključne sastavnice potrebne za nastanak RNA molekula.
Osim riboze, uzorci s Bennua sadrže i glukozu, jedan od najčešćih izvora energije za život na Zemlji. To je prvi jasan dokaz da je važan energetski resurs za suvremeni život postojao već u ranom Sunčevu sustavu. Zajedno s ranije uočenim aminokiselinama i nukleobazama, prisutnost šećera pokazuje da su i gradivne sastavnice genetike i jednostavni izvori energije bili prisutni u istom okruženju.
Neobična, gumi slična organska tvar i prašina supernova
Drugi rad, objavljen u časopisu Nature Astronomy, koji su vodili Scott Sandford iz NASA-inog Ames Research Center u Silicijskoj dolini u Kaliforniji i Zack Gainsforth sa Sveučilišta Kalifornije u Berkeleyju, otkriva posve novu vrstu organskog materijala u uzorcima s Bennua. Riječ je o neobičnoj, gumi sličnoj organskoj tvari, svojevrsnom organskom polimeru koji dosad nije bio zabilježen u svemirskim stijenama. Takav materijal mogao je pomoći da se na ranoj Zemlji stvore uvjeti za pojavu sastojaka života. Pretpostavlja se da je ta tvar nastala u vrlo ranoj fazi razvoja Sunčeva sustava, dok se mlado matično tijelo Bennua postupno zagrijavalo.
Ta drevna tvar nekada je bila meka i savitljiva, a s vremenom se stvrdnula. Sastavljena je od lanaca nalik polimerima, izrazito bogatih dušikom i kisikom. Tako složene molekule mogle su predstavljati dio kemijskih preteča koje su, u kombinaciji s drugim sastojcima, pridonijele nastanku prvih samoodrživih kemijskih sustava na Zemlji. Činjenica da su pronađene u netaknutim uzorcima s Bennua važna je za znanstvenike koji pokušavaju rekonstruirati put od nežive kemije do prvih biokemijskih ciklusa.
“Kod ove neobične tvari vjerojatno promatramo jednu od najranijih promjena materijala koje su se dogodile u ovoj stijeni”, kaže Sandford. “Na ovom primitivnom asteroidu, koji se oblikovao u ranim danima Sunčeva sustava, pratimo događaje gotovo na samom početku njegova razvoja.”
Matično tijelo Bennua nastalo je nakupljanjem materijala u Sunčevoj maglici, rotirajućem oblaku plina i prašine iz kojeg su se oblikovali Sunčev sustav i njegova manja tijela. Sastojalo se od raznih minerala i leda. Kako se asteroid polako zagrijavao zbog prirodnog zračenja, počela se odvijati kemija u kojoj su amonijak i ugljikov dioksid igrali ključnu ulogu. U tim je uvjetima nastajao spoj karbamat. Iako je topiv u vodi, zadržao se dovoljno dugo da započne povezivanje u sve veće lance, reagirajući sam sa sobom i s drugim molekulama te tvoreći složene strukture otporne na vodu. To upućuje na to da je polimerizacija započela prije nego što se matično tijelo Bennua dovoljno zagrijalo da postane trajno vodeno okruženje.
Kako bi bolje razumio strukturu i sastav tog materijala, Sandfordov je tim najprije pomoću infracrvenog mikroskopa izdvojio neobična zrnca bogata ugljikom, s obiljem dušika i kisika. Zatim su u laboratoriju Molecular Foundry Nacionalnog laboratorija Lawrence Berkeley (Lawrence Berkeley National Laboratory) u Berkeleyju započeli ono što Sandford naziva “kovačkim radom na molekularnoj razini”. Na odabrano zrno nanosili su vrlo tanke slojeve platine, učvrstili ga zavarenom volframovom iglom te ga postupno stanjivali usmjerenim snopom nabijenih čestica kako bi dobili ultratanki presjek.
Kad je uzorak stanjen na debljinu približno tisuću puta manju od ljudske vlasi, istraživači su ga analizirali elektronskom mikroskopijom u laboratoriju Molecular Foundry te rendgenskom spektroskopijom na izvoru sinkrotronskog zračenja Advanced Light Source (ALS) pri Lawrence Berkeley National Laboratoryju. Visoka prostorna razlučivost ALS-a i vrlo osjetljivi rendgenski snopovi omogućili su dosad najdetaljniji uvid u kemijski sastav takve tvari. “Shvatili smo da imamo posla s nečim doista posebnim čim su se prve slike pojavile na monitoru”, prisjeća se Gainsforth. “Nije nalikovalo ničemu što smo ranije vidjeli i mjesecima smo bili zaokupljeni podacima i novim hipotezama pokušavajući razumjeti što je to i kako je moglo nastati.”
Daljnji eksperimenti pokazali su da se neobična tvar taložila u slojevima na sitnim zrncima leda i minerala unutar asteroida. Materijal je bio savitljiv, nalik istrošenoj žvakaćoj gumi ili mekoj plastici. U laboratoriju su istraživači vidjeli da se pod tlakom savija i ostavlja udubine, da je djelomično proziran te da izložen zračenju postaje lomljiv, poput plastike koja je godinama stajala na otvorenom.
“Kad pogledamo njegov kemijski sastav, vidimo iste vrste kemijskih skupina kakve nalazimo u poliuretanu na Zemlji”, kaže Sandford. “Zbog toga je ovaj materijal s Bennua donekle srodan nekoj vrsti ‘svemirske plastike’.” Ipak, drevna tvar s Bennua nije uredno posloženi poliuretan, nego polimer s mnogo nasumičnih veza i promjenjivim omjerom elemenata od čestice do čestice. Upravo ta neurednost pokazuje koliko je organski materijal u uzorcima raznolik i koliko su procesi u matičnom tijelu asteroida bili složeni. Znanstveni tim planira nastaviti proučavati ovu tvar na dodatnim zrncima iz iste zbirke.
Prašina iz supernova
Treći rad, također objavljen u časopisu Nature Astronomy, koji je vodila Ann Nguyen iz NASA-inog Johnson Space Center u Houstonu, usredotočen je na presolarna zrnca prašine nastala u zvijezdama koje su postojale prije našeg Sunčeva sustava. Ta su zrnca pronađena u dvije različite vrste stijena u uzorcima s Bennua, a analiza je trebala pokazati gdje se točno formiralo matično tijelo asteroida i koliko su ga naknadni geološki procesi promijenili.
Općenito se smatra da se prašina nastala prije Sunca dobro izmiješala u vrijeme formiranja Sunčeva sustava, no Bennu upućuje na drukčiji scenarij.
Uzorci s Bennua sadržavali su šest puta veći udio prašine podrijetlom iz supernova od bilo kojeg dosad proučenog astromaterijala. To upućuje na to da se matično tijelo Bennua formiralo u dijelu protoplanetarnog diska koji je bio iznimno obogaćen materijalom iz eksplozija umirućih zvijezda. Takva lokalna obogaćenja mijenjaju sliku o tome kako se materijal iz različitih zvjezdanih izvora miješao i taložio u fazi nastanka planeta i manjih tijela.
Studija je također pokazala da je matični asteroid Bennua prošao kroz opsežne promjene pod utjecajem tekuće vode, ali da u uzorcima i dalje postoje džepovi slabije izmijenjenog materijala koji daju važne tragove o njegovu podrijetlu. “Ti fragmenti zadržavaju veći udio organske tvari i silikatnih zrnaca nastalih prije Sunca, za koja se zna da ih vodena alteracija u asteroidima lako uništava”, kaže Nguyen. “Njihovo očuvanje u uzorcima s Bennua bilo je iznenađenje i pokazuje da je dio materijala izbjegao izmjenu u matičnom tijelu. Naše istraživanje otkriva raznolikost materijala nastalih prije Sunca koje je to tijelo ugrađivalo dok se formiralo.”
Znanstvene radove možete pročitati ovdje, ovjde, i ovdje.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
