Garść kosmicznego żwiru może tłumaczyć, skąd wzięło się życie na Ziemi

Mikroskopijne okruchy skały z odległej planetoidy okazały się skarbnicą substancji, bez których nie mogłoby powstać życie takie jak nasze.

Najnowsze badania próbek z planetoidy Ryugu sugerują, że kluczowe składniki materiału genetycznego nie musiały narodzić się na młodej Ziemi. Naukowcy coraz poważniej liczą się z tym, że część z nich przyleciała do nas z kosmosu, w formie bardzo starej, naturalnej „paczki startowej”.

Planetoida jak diament z żwiru: czym jest Ryugu

Ryugu to niewielka, około 900‑metrowa planetoida o charakterystycznym, diamentowym kształcie. Krąży stosunkowo blisko Ziemi i przyciąga uwagę naukowców z dwóch powodów: ma bardzo ciemną powierzchnię oraz zawiera dużo związków węgla. To właśnie takie obiekty uznaje się za jedne z najbardziej pierwotnych skał w całym Układzie Słonecznym.

Pod względem wyglądu Ryugu przypomina wielką bryłę żwiru z zaokrąglonymi krawędziami. Wbrew pozorom nie jest zwykłą, martwą skałą. Dla naukowców to czas kapsuła, która zachowała chemiczny zapis wydarzeń sprzed ponad 4 miliardów lat, czyli z czasów, gdy Ziemia dopiero się formowała.

Hayabusa2: japońska „kurierka” po kosmiczne próbki

W 2014 roku japońska agencja kosmiczna wysłała w kierunku Ryugu sondę Hayabusa2. Statek miał do pokonania około 300 milionów kilometrów, wylądować na planetoidzie, pobrać materiał i bezpiecznie wrócić z nim na Ziemię.

• Start misji: 2014 rok
• Cel: planetoida Ryugu (około 900 m średnicy)
• Odległość przelotu: ok. 300 mln km
• Powrót próbek na Ziemię: 2020 rok
• Masa pobranych próbek: 2 × 5,4 g

Misja zakończyła się sukcesem. W 2020 roku do laboratoriów trafiły dwie maleńkie porcje regolitu, po 5,4 grama każda. Niby niewiele, ale dla chemików i astrobiologów to materiał o wartości większej niż złoto – całkowicie dziewiczy, nigdy nie dotykany ziemskiej atmosfery czy wody.

Pięć „liter życia” znalezionych w kosmicznym żwirze

Każda komórka żywego organizmu przechowuje instrukcję budowy w postaci DNA lub RNA. Można to porównać do bardzo skomplikowanej książki, zapisanej alfabetem złożonym z pięciu kluczowych cząsteczek, zwanych zasadami azotowymi. To:

• adenina
• cytozyna
• guanina
• tymina
• uracyl

DNA korzysta z zestawu adenina–cytozyna–guanina–tymina, a RNA z adenina–cytozyna–guanina–uracyl. Od lat znajdowano pojedyncze z tych związków w różnych próbkach kosmicznego pyłu czy w meteorytach. Zawsze czegoś brakowało do pełnego kompletu.

Badacze z Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology, analizując materiał z Ryugu, w końcu natrafili na całą piątkę. W mikrogramach kosmicznego żwiru wykryli wszystkie zasady niezbędne do tworzenia DNA oraz RNA.

Z kosmicznej grudki skały udało się wyczytać kompletny „alfabet” życia – zestaw cząsteczek, z których buduje się geny.

To dla zespołu ogromny sygnał, że chemiczna baza potrzebna do powstania życia nie musi być czymś wyjątkowym dla Ziemi. Raczej wygląda na efekt procesów, które zachodzą w wielu miejscach Układu Słonecznego, a być może i dalej.

Nie tylko Ryugu: podobny wynik na planetoidzie Bennu

Ryugu nie jest jedynym obiektem, z którego udało się przywieźć nienaruszone próbki. Niezależne analizy materiału z innej planetoidy, Bennu, również wskazały na obecność pełnego zestawu zasad azotowych. Dla naukowców to mocny argument, że nie mamy do czynienia z pojedynczym przypadkiem.

Jeżeli dwa różne ciała kosmiczne – o odmiennej historii i położeniu – zawierają podobną chemiczną „skrzynkę narzędziową”, to można się spodziewać, że takie składniki rozsiane są w wielu zakamarkach Układu Słonecznego. W praktyce oznacza to, że młode planety mogły je otrzymywać w formie licznych kosmicznych zderzeń.

Tymina zmienia obraz narodzin DNA

Szczególne poruszenie w środowisku naukowym wywołała obecność tyminy w próbkach z Ryugu. Wcześniej udało się potwierdzić tam tylko uracyl, co dobrze zgadzało się z popularną hipotezą, że na samym początku istniało prostsze, oparte na RNA „życie bez DNA”. Dopiero z czasem miało się pojawić bardziej złożone DNA.

Znalezienie tyminy wskazuje, że składniki DNA również potrafiły powstawać w odległych, zimnych rejonach kosmosu, zanim jakakolwiek planeta nadawała się do zamieszkania. Nie trzeba ich więc koniecznie wyprowadzać z reakcji chemicznych zachodzących na samej Ziemi.

Tymina w próbce z Ryugu sugeruje, że elementy DNA mogły powstawać w ciemnych, lodowych zakamarkach kosmosu, na długo przed ukształtowaniem się Ziemi.

To dodaje odwagi zwolennikom scenariusza, w którym młoda Ziemia otrzymuje gotowy „pakiet startowy” cząsteczek, a lokalne warunki – woda, ciepło, energia z wnętrza planety – jedynie układają je w coraz bardziej skomplikowane struktury.

Kosmiczne zderzenia jako dostawa chemicznej „paczki startowej”

Zespół japońskich badaczy uważa, że ich wyniki poważnie wzmacniają tak zwaną hipotezę panspermii chemicznej. Według tego scenariusza życie nie przybywa na Ziemię w gotowej postaci, ale jego podstawowe składniki są dostarczane przez planetoidy i komety, bombardujące młodą planetę przez setki milionów lat.

W praktyce może to wyglądać tak:

Jeśli takie scenariusze rzeczywiście są powszechne, można zakładać, że w innych układach planetarnych również dochodzi do podobnych „dostaw” chemicznych. To z kolei zwiększa szanse, że gdzieś w kosmosie istnieją lub istniały formy życia oparte na podobnych zasadach jak nasze.

Co konkretnie wnoszą badania Ryugu dla nauki

Opisane badania trafiły do prestiżowego czasopisma Nature Astronomy, co pokazuje, jak poważnie traktuje się dziś kosmiczne źródła składników życia. Dla astrobiologii to kolejny krok w kierunku spojrzenia na Ziemię nie jako wyjątek, ale jako jedną z wielu planet, które mogły skorzystać z tego samego chemicznego „przepisu”.

Co to oznacza dla pytania: czy jesteśmy sami

Jeżeli budulec materiału genetycznego jest tak powszechny, jak sugerują Ryugu i Bennu, to pojawia się naturalne pytanie: czy proces prowadzący od prostych cząsteczek do pierwszych komórek jest rzadkim zbiegiem okoliczności, czy raczej dość częstą konsekwencją odpowiednich warunków?

Naukowcy przyznają, że nadal brakuje im wielu elementów tej układanki. Wciąż nie wiadomo dokładnie, jak z mieszaniny zasad azotowych, cukrów i fosforanów powstały pierwsze stabilne łańcuchy DNA lub RNA. Badania takie jak te nad Ryugu wyznaczają jednak granice problemu: pokazują, że sam „skład” był dostępny znacznie wcześniej i w większej liczbie miejsc, niż sądzono.

Dla poszukiwań życia poza Ziemią oznacza to zmianę akcentów. Coraz mniej chodzi o pytanie, czy gdzieś w kosmosie istnieją odpowiednie cząsteczki, a coraz bardziej o to, czy jakieś planety mają stabilne warunki przez wystarczająco długi czas, aby chemia mogła przekształcić się w biologię.

Kilka pojęć, które warto mieć z tyłu głowy

DNA i RNA są często wrzucane do jednego worka, ale pełnią różne role. DNA to archiwum – długoterminowy magazyn informacji genetycznej. RNA działa bardziej jak pośrednik i narzędzie: przenosi przepis z DNA do maszynerii komórki lub samo wchodzi w reakcje chemiczne.

Z kolei planetoidy, takie jak Ryugu czy Bennu, to nie tylko „kamienie w kosmosie”. Wiele z nich zawiera lód wodny, materiały organiczne i minerały reagujące z wodą. To w takich środowiskach mogą zachodzić stopniowe przemiany chemiczne, trwające miliony lat, bez gwałtownych zmian temperatury czy ciśnienia, które niszczyłyby kruche cząsteczki.

Warto też mieć świadomość, że mówimy o ilościach śladowych – czasem o pojedynczych cząsteczkach w miligramie materiału. Nowoczesne techniki analityczne pozwalają je jednak wychwycić i odróżnić od zanieczyszczeń, co jeszcze dekadę temu było praktycznie nierealne.

Dalsze analizy próbek z Ryugu i Bennu będą śledzić nie tylko same zasady azotowe, ale też inne złożone związki organiczne: aminokwasy, cukry, lipidy. Jeśli w tej kosmicznej „dostawie” znajdzie się pełen zestaw składników, z których da się zbudować pierwsze prymitywne komórki, dyskusja o kosmicznych korzeniach życia na Ziemi nabierze zupełnie nowego tempa.