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

Mikroskopijna porcja materii z planetoidy Ryugu okazała się chemiczną kapsułą czasu, w której ukrywa się ślad naszej własnej historii.

Najnowsze badania próbek przywiezionych na Ziemię przez japońską sondę Hayabusa2 sugerują, że kluczowe składniki życia powstawały daleko od naszej planety – w zimnych, ciemnych zakątkach kosmosu, na skałach takich jak Ryugu i Bennu.

Planetoida jak kamyk, który pamięta narodziny Układu Słonecznego

Ryugu to niewielka planetoida, około 900 metrów średnicy, krążąca stosunkowo blisko Ziemi. Z daleka wygląda jak ciemny, nieregularny klocek żwiru z zaokrąglonymi krawędziami. Naukowcy opisują ją jako jedną z najstarszych kapsuł czasu, jakie mamy do dyspozycji: jej materiał prawie nie zmienił się od początków Układu Słonecznego.

W 2014 roku Japonia wysłała w jej stronę sondę Hayabusa2. Statek kosmiczny miał wykonać manewr, który jeszcze kilkanaście lat temu brzmiałby jak science fiction: podejść do leciutkiej skały pędzącej przez przestrzeń, osadzić się na niej, pobrać próbki i odlecieć w stronę domu.

Misja się udała. W 2020 roku na Ziemię wróciła kapsuła zawierająca dwa niewielkie pakiety materii – po zaledwie 5,4 grama każdy. Łącznie trochę ponad łyżeczka kosmicznego żwiru. Dla chemików i astrobiologów to jednak bezcenny skarb.

Te kilka gramów z Ryugu to materiał praktycznie nienaruszony, nietknięty ziemskimi zanieczyszczeniami. Najczystsza próbka pierwotnej materii, jaką kiedykolwiek badaliśmy.

Pięć „liter życia” znalezione w kosmicznym pyle

Życie na Ziemi opiera się na długich łańcuchach cząsteczek, które przechowują informację. Najbardziej znane są dwie: DNA i RNA. Można je porównać do instrukcji obsługi organizmu – od bakterii, po człowieka.

Instrukcja ta zapisana jest za pomocą pięciu podstawowych „liter chemicznych”, czyli zasad azotowych, nazywanych nukleobazami:

• adenina
• cytozyna
• guanina
• tymina (w DNA)
• uracyl (w RNA)

Od lat naukowcy znajdują pojedyncze z nich w materii kosmicznej – w niektórych meteorytach czy pyłach. Zwykle były to jednak tylko fragmenty zestawu, a wyniki bywały dyskusyjne, bo próbki już dawno wylądowały na Ziemi i łatwo mogły się zanieczyścić.

W przypadku Ryugu sytuacja jest zupełnie inna. Materiał trafił bezpośrednio do szczelnie zamkniętej kapsuły jeszcze w próżni kosmosu. Do laboratoriów dotarł w stanie niemal dziewiczym. Zespół z japońskiej agencji JAMSTEC przeanalizował te drobiny z niezwykłą ostrożnością i stwierdził coś, czego wielu badaczy tylko się domyślało:

W próbkach z Ryugu obecne są wszystkie pięć podstawowych nukleobaz związanych z RNA i DNA. Kompletna chemiczna „alfabetka” życia.

Dla badaczy to przełomowe potwierdzenie, że składniki potrzebne do powstania organizmów mogą naturalnie tworzyć się na małych, lodowo-skalistych obiektach, a nie wyłącznie w szczególnych warunkach młodej Ziemi.

Dlaczego tym razem to nie jest zwykła sensacja z nagłówków

Wcześniej zdarzało się, że w meteorytach wykrywano ślady podobnych cząsteczek. Zawsze pozostawało jednak pytanie: czy te związki powstały w przestrzeni kosmicznej, czy dostały się do skały już po upadku, podczas kontaktu z wodą, glebą i powietrzem?

W przypadku Ryugu argumenty są mocniejsze:

Niezależny zespół analizujący materiał z planetoidy Bennu, odwiedzonej przez sondę OSIRIS-REx, również raportuje odnalezienie pełnego pakietu nukleobaz. Dwa różne obiekty, dwie misje i bardzo podobne rezultaty – trudno to zignorować.

Największe zaskoczenie: ślad bardziej złożonego DNA

Jednym z najbardziej intrygujących odkryć w próbkach z Ryugu jest obecność tyminy. Wcześniej w tego typu materiałach łatwiej znajdowano uracyl, związany głównie z RNA. To wspierało popularny scenariusz, według którego prymitywne formy życia oparte były początkowo na RNA, a dopiero później powstało złożone DNA.

Tymina jest bardziej „wymagająca” chemicznie. Jej obecność sugeruje, że przynajmniej część elementów typowych dla DNA mogła formować się w lodowych ziarnach i skalistych grudkach krążących po zewnętrznych rejonach młodego Układu Słonecznego – zanim Ziemia stała się przyjazna dla jakichkolwiek organizmów.

Jeśli w ciemnych zakamarkach kosmosu spontanicznie produkuje się pełen zestaw nukleobaz, Ziemia mogła dostać gotową chemiczną „walizkę” z zestawem startowym do życia.

Scenariusz „kosmicznej dostawy”: jak skały mogły zaszczepić życie

Japońscy badacze uważają, że ich wyniki wzmacniają hipotezę, według której dawne planetoidy i komety zasypywały młodą Ziemię bogatym w węgiel materiałem. Podczas miliardów lat bombardowania powierzchni planety, te drobiny z nukleobazami i innymi związkami organicznymi trafiały do oceanów, jezior i prymitywnych zbiorników wodnych.

W sprzyjających miejscach – na przykład tam, gdzie działały gorące źródła, strefy wulkaniczne czy stawy okresowo wysychające – mógł zacząć się długi, chaotyczny proces łączenia tych cząsteczek w bardziej złożone struktury. Część z nich zaczęła kopiować się z drobnymi błędami, tworząc pierwsze prymitywne „protogenomy”. Z czasem powstały pełnoprawne systemy oparte na RNA, a później na DNA.

Jeśli taki obraz jest choć w przybliżeniu trafny, nasze własne istnienie można dosłownie zrzucić na „winę” odległych kolizji kosmicznych sprzed miliardów lat.

Co to zmienia w myśleniu o życiu poza Ziemią

Jeżeli w materii dwóch różnych planetoid naukowcy znajdują tę samą pełną piątkę nukleobaz, rozsądnie jest założyć, że podobne procesy zachodzą także na wielu innych obiektach w Układzie Słonecznym. A najpewniej również w innych układach planetarnych.

Z tej perspektywy wyłania się dość odważny wniosek: budulec życia nie jest egzotycznym wyjątkiem, lecz czymś, co tworzy się stosunkowo łatwo tam, gdzie jest węgiel, lód, proste związki azotu i trochę energii, na przykład w postaci promieniowania kosmicznego.

• planety podobne do Ziemi mogą nie być jedynymi miejscami sprzyjającymi chemii życia,
• małe, ciemne skały i ich lodowe skorupki mogą grać znacznie większą rolę niż dotąd sądzono,
• szansa, że gdzieś indziej powstały przynajmniej proste formy biologiczne, rośnie w oczach części specjalistów.

Oczywiście znalezienie nukleobaz nie oznacza, że na Ryugu kiedykolwiek istniały komórki czy bakterie. To tylko składniki. Ale jeśli składniki walają się po całej przestrzeni kosmicznej, dużo łatwiej wyobrazić sobie, że w którymś zakątku udało się ułożyć z nich coś bardziej złożonego.

Dlaczego badania planetoid będą teraz jeszcze ważniejsze

Publikacja wyników w czasopiśmie Nature Astronomy jasno pokazuje, jak bardzo rośnie prestiż misji typu „przywieź próbkę i zbadaj ją w laboratorium”. Teleskopy i instrumenty na pokładzie sond dają ogrom wiedzy, lecz nic nie zastąpi możliwości, jakie oferują współczesne laboratoria na Ziemi.

Następne misje – zarówno japońskie, jak i amerykańskie czy europejskie – coraz częściej mają w planach fizyczny powrót materiału do badaczy. Chodzi nie tylko o planetoidy. W planach są także misje do księżyców Jowisza czy Saturna, gdzie pod lodową skorupą mogą istnieć oceany bogate w związki organiczne.

Każda kolejna próbka z innego zakątka kosmosu to szansa, by sprawdzić, czy wzór zaobserwowany na Ryugu i Bennu powtarza się gdzie indziej. Jeśli tak, wizja „kosmicznej chemii życia” stanie się raczej standardem niż egzotyczną hipotezą.

Co tak naprawdę oznacza komplet nukleobaz dla przeciętnego człowieka

Historia kilku gramów pyłu z Ryugu brzmi odlegle, ale dotyczy bardzo osobistego pytania: skąd się wzięliśmy. Przez długi czas nauka skupiała się na chemii dziejącej się na młodej Ziemi – w oceanach, przy wyładowaniach atmosferycznych czy w gorących źródłach. Teraz coraz wyraźniej widać, że trzeba patrzeć szerzej: nie tylko na jedną planetę, lecz na cały system kosmicznych dostawców.

Praktyczne konsekwencje takich badań nie ograniczają się do ciekawostki na wykładach. Zrozumienie, jak spontanicznie organizuje się materia, pomaga rozwijać nowoczesną chemię, biotechnologię i modelowanie numeryczne złożonych systemów. Ułatwia też projektowanie przyszłych misji, które nie będą już „strzałem w ciemno”, lecz dobrze zaplanowanym polowaniem na konkretne cząsteczki w konkretnych środowiskach.

W dłuższej perspektywie może to zmienić nasze podejście do kontaktu z innymi ciałami niebieskimi. Skoro wiemy, że nawet drobne ziarenka kosmicznego żwiru przenoszą wrażliwe związki, trzeba bardzo uważać, by własną aktywnością nie nadpisać śladów pierwotnej chemii. Dla naukowców to kolejne wyzwanie: jak badać odległe obiekty, nie niszcząc przy tym delikatnych sygnałów, które zapisane są w ich materii od miliardów lat.