Garść kosmicznego żwiru z Ryugu może tłumaczyć, skąd się wzięło życie

Maleńka planetoida, niepozorna jak kupka żwiru, skrywa w sobie składniki, bez których nie byłoby ani ludzi, ani bakterii, ani drzew.

Najnowsze analizy próbek z kosmicznej skały Ryugu pokazują, że w tej ciemnej bryle krążącej w pobliżu Ziemi znajdują się wszystkie kluczowe cząsteczki potrzebne do zbudowania DNA i RNA. To mocny argument za tym, że zalążki życia mogły przybyć na naszą planetę z kosmosu.

Planetoida jak bryła żwiru, która pamięta początki Układu Słonecznego

Ryugu to niewielka, około 900‑metrowa planetoida o charakterystycznym, diamentowym kształcie. Z daleka wygląda trochę jak kostka żwiru z zaokrąglonymi krawędziami. Jej powierzchnia jest bardzo ciemna i bogata w związki węgla, co od razu przyciągnęło uwagę naukowców zajmujących się genezą życia.

W 2014 roku japońska agencja kosmiczna wysłała w jej kierunku sondę Hayabusa2. Statek przeleciał około 300 milionów kilometrów, wylądował na planetoidzie w dwóch różnych miejscach, pobrał materiał i w 2020 roku bezpiecznie dostarczył go na Ziemię. Do laboratoriów trafiły dwa zestawy próbek, po 5,4 grama każdy. Niewiele, ale dla chemików i astrobiologów to prawdziwy skarb.

Ryugu jest jedną z najstarszych znanych „kapsuł czasu” w Układzie Słonecznym – jej materiał praktycznie nie zmienił się od miliardów lat.

Dzięki temu naukowcy mogą dosłownie zajrzeć w chemiczną przeszłość, do epoki, kiedy Ziemia dopiero się formowała i nie była jeszcze miejscem przyjaznym dla życia w znanej nam formie.

Pięć „liter życia” znalezionych w jednym miejscu

Żywe organizmy kodują informacje w DNA i RNA. Można je porównać do instrukcji obsługi ciała, zapisanej w wyjątkowym, chemicznym alfabecie. Ten alfabet składa się z pięciu tzw. zasad azotowych, często nazywanych „literami życia”:

• adenina (A),
• cytozyna (C),
• guanina (G),
• tymina (T) – charakterystyczna dla DNA,
• uracyl (U) – typowy dla RNA.

W meteorytach i innych próbkach z kosmosu znajdowano wcześniej pojedyncze związki z tej grupy albo ich kombinacje. Zawsze czegoś brakowało, więc trudno było z pełną powagą mówić, że przestrzeń kosmiczna dostarczyła gotowy zestaw do zbudowania genów.

To zmieniło się wraz z analizą materiału z Ryugu. Zespół z Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology zidentyfikował w próbkach wszystkie pięć zasad. Nie jakieś śladowe widmo w danych, ale wyraźne, mierzalne ilości, potwierdzone niezależnymi metodami chemicznymi.

W jednej garści kosmicznego żwiru siedział kompletny zestaw „chemicznych liter” potrzebnych do zapisania życia.

Dla badaczy to sygnał, że składniki życia nie są czymś wyjątkowym, ograniczonym do naszej planety. Raczej wydają się naturalnym produktem procesów zachodzących w pierwotnych obłokach gazu i pyłu, z których powstał Układ Słoneczny.

Thymina zmienia opowieść o początkach DNA i RNA

Szczególnie dużo emocji wzbudza obecność tyminy. Wcześniejsze badania Ryugu wskazywały głównie na uracyl, co dobrze pasowało do popularnej hipotezy, że na początku było RNA – prostszy, starszy system przechowywania informacji. DNA miało pojawić się później, już na młodej Ziemi.

Nowa analiza przecina ten scenariusz. Skoro w próbkach z tak starej planetoidy jednocześnie występuje uracyl i tymina, to znaczy, że warunki sprzyjające powstawaniu bardziej złożonych cząsteczek, typowych dla DNA, panowały w ciemnych zakątkach kosmicznej materii na długo przed tym, jak Ziemia stała się miejscem nadającym się do zamieszkania.

Obecność tyminy sugeruje, że „przepis” na DNA nie musiał narodzić się na Ziemi – mógł przyjechać w pakiecie z planetoidami i kometami.

Co ciekawe, podobne wyniki uzyskali niedawno naukowcy analizujący materiał z innej planetoidy, Bennu. Tam również pojawił się komplet pięciu zasad. Dwa niezależne przypadki w dwóch różnych ciałach niebieskich sprawiają, że argument mocno zyskuje na wiarygodności.

Scenariusz „kosmicznej dostawy”: jak życie mogło wystartować

Japoński zespół idzie krok dalej i proponuje spójną wizję tego, co mogło wydarzyć się kilka miliardów lat temu. Według nich w zewnętrznych rejonach Układu Słonecznego powstały liczne planetoidy i komety bogate w związki węgla, wodę oraz cały wachlarz złożonych cząsteczek organicznych, w tym zasady DNA i RNA.

Z czasem grawitacja planet i delikatne zmiany orbit zaczęły spychać część z nich do wewnętrznych rejonów układu. Niektóre minęły młodą Ziemię w bezpiecznej odległości, inne uderzyły w jej powierzchnię. Każde takie zderzenie mogło rozsypać na powierzchni planety „chemiczny zestaw startowy”.

Jeśli taki „deszcz planetoid” trwał setki milionów lat, Ziemia mogła zostać wręcz zasypana materiałem, z którego prędzej czy później pojawiły się pierwsze samoreplikujące się cząsteczki. Nie ma pewności, ile czasu to zajęło ani w jakim dokładnie środowisku – czy w oceanie, czy może w gorących źródłach – ale nowe dane z Ryugu sprawiają, że kosmiczne pochodzenie części składników przestaje być egzotyczną ideą.

Ryugu jako część większej układanki o przyszłości i przeszłości kosmosu

Zastanawiając się nad początkiem życia, naukowcy coraz częściej zerkają też w drugą stronę osi czasu: co stanie się z kosmosem za biliony lat. Równolegle z analizą próbek z planetoid powstają modele opisujące jego dalsze losy – czy będzie się rozszerzał bez końca, czy kiedyś zacznie się kurczyć.

Nowe prace teoretyczne wskazują, że obecna epoka jest tylko krótkim, dość spokojnym momentem pomiędzy gwałtownymi fazami. Z tej perspektywy życie na Ziemi jawi się jako zjawisko kruche, istniejące w bardzo wąskim oknie czasowym. Odkrycia* z* Ryugu i Bennu pokazują, że materia miała „ciągoty” do tworzenia złożonych cząsteczek już bardzo wcześnie, długo przed naszym pojawieniem się.

Jeśli składniki życia powstają łatwo w wielu miejscach, to pytanie nie brzmi już „czy”, ale „jak często” dochodzi do pojawienia się organizmów podobnych do tych na Ziemi.

Co dalej z próbkami i czego jeszcze szukają naukowcy

Opisany zestaw wyników trafił do prestiżowego czasopisma Nature Astronomy, ale praca nad próbkami wcale się na tym nie kończy. Laboratoria nadal badają drobiny z Ryugu pod mikroskopami o ogromnej rozdzielczości, szukając kolejnych klas związków organicznych: aminokwasów, cukrów, części składowych lipidów.

Naukowcy chcą też dokładnie ustalić, w jaki sposób powstały zasady DNA i RNA na tej planetoidzie. Czy zrodziły się jeszcze w zimnej mgławicy, z której uformował się Układ Słoneczny, czy może już na samej Ryugu, w wyniku reakcji między lodem, minerałami a promieniowaniem kosmicznym? Odpowiedź może wskazać, w jakim typie obiektów szukać następnych „chemicznych bibliotek”.

Dlaczego ta historia ma znaczenie dla zwykłego człowieka

Na pierwszy rzut oka to odległe, abstrakcyjne zagadnienie. W praktyce pomaga zrozumieć, jak niezwykłym zjawiskiem jest życie i jak łatwo mogło go nie być. Gdyby w młodym Układzie Słonecznym powstało mniej bogatych w węgiel planetoid, albo gdyby ich orbity ułożyły się inaczej, Ziemia mogłaby pozostać tylko jałową, skalistą kulą z oceanami, ale bez wierszy, muzyki i internetu.

Dla części badaczy to też argument, że poszukiwanie życia poza Ziemią powinno koncentrować się nie tylko na planetach podobnych do naszej, lecz także na ich otoczeniu: pasach planetoid, chmurach kometarnych, drobnych ciałach krążących w pobliżu. Jeżeli tam krążą kompletne zestawy cząsteczek genetycznych, to wiele planet może dostać szansę na swój własny „zapłon życia”.

Warto też pamiętać, że metody analizy tak starych i delikatnych próbek rozwijają technologie używane później w zupełnie przyziemnych dziedzinach – od medycyny, przez materiałoznawstwo, po analizę zanieczyszczeń środowiska. Próbki z Ryugu to więc nie tylko opowieść o tym, skąd się wzięliśmy, ale również impuls do tworzenia nowych narzędzi, które za kilka lat mogą trafić do szpitali i laboratoriów na całym świecie.