Ключевые элементы жизни на Земле обнаружены в метеоритах

В исследованиях, проведенных несколько десятилетий назад, было показано, что метеориты содержат некоторые, но не все, нуклеотидные азотистые основания, из которых были сформированы ДНК и РНК. Повторно проанализировав три метеорита, которые упали на Землю много лет назад, ученые только что нашли недостающие части, что может подтвердить тезис о том, что химические вещества, необходимые для создания жизни, пришли из космоса.

ДНК и РНК содержат инструкции по строению и функционированию каждого живого существа на Земле. Он состоит из информационных элементов, называемых нуклеиновыми принципами. Основных начал пять: два пурина — аденин и гуанин и три пиримидина — цитозин, тимин и урацил. Пока что ученые, изучающие внеземные образцы, обнаружили гуанин, аденин и урацил. Однако недавний анализ, проведенный группой ученых под руководством профессора Ясухиро Оби из Университета Хоккайдо в Японии, выявил два ранее упущенных из виду — цитозин и тимин. Это означает, что все азотистые основания, из которых состоят ДНК и РНК, все ключевые строительные блоки жизни на Земле, были обнаружены в метеоритах, что, в свою очередь, позволяет предположить, что космические породы могли обеспечить нашу планету необходимыми соединениями, способствующими создание жизни.

«Теперь у нас есть доказательства того, что полный набор ядерных принципов, используемых современной жизнью, мог быть доступен на Земле, когда она возникла», — сказал Дэнни Главин из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА, соавтор исследования.

Результаты нового анализа были опубликованы в журнале Nature Communications ( DOI: 10.1038/s41467-022-29612-x ).

Отсутствие цитозина и тимина

Класс органических молекул, называемых пуринами и пиримидинами, очень разнообразен. «Пурины и пиримидины уникальны тем, что не проявляют структурного разнообразия в углеродных метеоритах, в отличие от других классов органических соединений, таких как аминокислоты и углеводороды», — сказал Оба, ведущий автор статьи. «Поскольку пурины и пиримидины могут быть синтезированы во внеземной среде, как мы показали в наших собственных исследованиях, можно было бы ожидать, что метеориты будут содержать большое разнообразие этих органических молекул», — добавил он.

Недавно обнаруженная пара азотистых оснований цитозин и тимин была неуловима в предыдущих анализах, возможно, из-за их более тонкой структуры, которая могла разрушиться, когда ученые брали образцы много лет назад. В предыдущих экспериментах исследователи помещали зерна метеорита в горячую ванну, чтобы позволить частицам из образца раствориться, а затем проанализировать их состав. «Мы изучаем эти водные экстракты, потому что они содержат хорошие ингредиенты, древние органические молекулы, которые, возможно, были ключевыми строительными блоками для жизни на Земле», — сказал Главин.

Из-за того, насколько хрупкими являются эти два нуклеиновых основания, команда изначально скептически относилась к тому, что они вообще смогут увидеть их в образцах. Однако в новом анализе исследователи использовали холодную воду для извлечения соединений, а не горячую муравьиную кислоту, которая очень реакционноспособна и могла разрушить эти нежные молекулы в предыдущих образцах. Большое значение имело и использование новейших, чрезвычайно чувствительных методов исследования, способных улавливать следы принципов.

Эти открытия не являются доказательством того, что жизнь на Земле получила помощь из космоса. Однако завершение набора азотистых оснований, составляющих сегодняшнюю жизнь, в дополнение к другим молекулам, обнаруженным в образцах, дает ученым, пытающимся понять происхождение жизни, больше возможностей и соединений для экспериментов в лаборатории. Этот анализ не только обогатил набор для тех, кто занимается моделированием зарождения жизни на Земле, но и дает доказательства эффективной работы техники извлечения информации об астероидах, которая может пригодиться для образцов, взятых миссией OSIRIS-REx из Бенну. астероид, который направляется к Земле.

Панспермия

Ранняя Земля была очень враждебным местом, иногда достаточно горячим, чтобы разорвать молекулы, необходимые для возникновения жизни. Возникает очевидный вопрос: откуда взялись строительные блоки жизни, когда планета остыла? Очевидный ответ — астероиды и кометы.

Представление о том, что жизнь или ее строительные блоки существуют в космосе и распределены между планетами, звездами и даже галактиками с помощью астероидов, комет, метеороидов и астероидов, называется панспермией. Однако сама концепция не объясняет происхождение жизни. В нем говорится о возможности его распространения по планетам или галактикам различными объектами в космическом пространстве.

Истоки этой концепции можно найти у греческого философа Анаксагора, но она процветала во многих вариантах в девятнадцатом и двадцатом веках. Эта гипотеза приобрела популярность, когда гуанин, аденин и урацил, азотистые основания, которые помогают создавать ДНК и РНК, были обнаружены в метеоритах вместе с пятью другими основаниями. Эти химические вещества являются строительными блоками жизни, но их недостаточно для возникновения жизни. Сообщение о том, что отсутствующие основные азотистые основания цитозин и тимин были впервые обнаружены в метеоритах, заполняет большой пробел.

Три метеорита

Цитозин и тимин обнаружены в повторно обследованных метеоритах – углистых хондритах – Мерчисон, Мюррей, озеро Тагиш. Эти космические камни были обнаружены в Австралии в 1969 году, в Оклахоме в США в 1933 году и в Британской Колумбии в Канаде в 2000 году. В этих же образцах также присутствуют структурные изомеры (соединения с идентичными молекулярными формулами, но различающиеся методами или порядком атомных связей) пиримидиновых оснований.

Все три метеорита были выбраны потому, что они богаты углеродом и были собраны вскоре после падения на Землю. Метеорит Мерчисон был особенным для ученых. Раньше в нем находили 96 различных аминокислот.

Команда также измерила содержание химических веществ в почве, собранной в районе падения метеорита Мерчисон, а затем сравнила результаты образцов метеорита с результатами из почвы. Для некоторых из обнаруженных соединений метеоритные значения были выше, чем в окружающей почве, что позволяет предположить, что эти соединения достигли Земли в составе космических пород. Почва также была лишена изомеров, а если она была загрязнена земными соединениями, то и в почве должны были присутствовать изомеры.

До сих пор неизвестно, пришли ли основные элементы жизни, найденные в метеоритах, из космоса или вместо этого образовались в теплом пребиотическом бульоне органических соединений на молодой Земле. Новые открытия добавляют дополнительные аргументы в пользу того, что предшественники жизни изначально пришли из космоса.