Livets byggnadsblock återskapas i rymdliknande förhållanden

Forskare har reproducerat ett brett utbud av byggstenar för livet i ett prebiotiskt scenario med meteoriter och solvind.

De började med formamid, en enkel organisk förening som är allestädes närvarande i universum. Formamid har detekterats i galaktiska centra, stjärnbildande regioner och interstellära utrymmen, liksom kometer och satelliter.

De tillsatte därefter meteoritpulver som en katalysator och bestrålade lösningen med högeffektiva protonbalkar för att simulera solvinden. De erhöll en rik blandning av komplexa biologiska molekyler inklusive aminosyror, karboxylsyror, sockerarter och nukleobaser (de grundläggande byggstenarna för DNA och RNA). [7 teorier om livets ursprung]

Bland produkterna fanns också nukleosiderna cytidin, uridin, adenosin och tymidin, vilka är mer avancerade byggstenar som består av ett nukleobas kopplat till en sockermolekyl. Nukleosider är notoriskt svåra att återskapa under prebiotiska förhållanden.

"Vi blev mycket förvånade över att se dem", sa Raffaele Saladino från Tuscia University i Italien.

Ingredienserna för livet har tidigare rekonstruerats under en rad olika möjliga terrestriska scenarier, bland annat blixtsnabb, ultraviolett strålning, hydrotermisk ventilation eller meteoritpåverkan. De nya fynden utökar utbudet av möjligheter till prebiotiska miljöer bortom den tidiga Jorden, inklusive de små, vandrande kropparna på vårt solsystem.

Resultaten publicerades förra månaden i Proceedings of National Academy of Sciences.

Solar vindkraft

Teamet hade tidigare syntetiserat några av byggstenarna (men inga nukleosider) genom att utsätta formamid till mycket höga temperaturer, simulera förhållanden nära vulkaner eller på meteoritpåverkan på tidig jord.

Genom att istället bestråla formamid med högenergiprotoner erhölls ett högre utbyte av aminosyror och nukleobaser, såväl som andra relevanta biomolekyler innefattande nukleosiderna.

Protonkemi går ett steg längre än värmekemi, säger studieförfattaren Ernesto Di Mauro vid universitetet i Rom La Sapienza. "Proton strålning visar sig vara oerhört effektiv."

Han tillade: "Koldioxid kemi fungerar detsamma var som helst i universum, och varje stjärna producerar solvind. Det här säger att livet kan vara allmänt."

Intressant har scenariot producerat en hög mängd prekursorer för både metaboliska och genetiska vägar (respektive karboxylsyror och nukleobaser.) En pågående debatt i livets ursprung är huruvida ämnesomsättningen eller genetiken uppstod först. Här tyder på att båda processerna kunde ha uppstått samtidigt.

Meteoriter som reaktorer

Andra fynd har också föreslagit att meteoriter kan ha utsöndrat ingredienserna för livet på den tidiga jorden, särskilt under den svåra bombardemanget, en period då de inre planeterna pummeled av frekventa påverkningar omkring 4,1-3,8 miljarder år sedan. I synnerhet har några enkla aminosyror, sockerarter och nukleobaser hittats inom meteoriter, om än i mycket små proportioner.

Här ville forskarna gå utöver tanken på meteoriter som bara bärare av organiska molekyler. De testade de katalytiska egenskaperna hos 11 meteoriter som hör till de fyra huvudklassen - järn, stenigt järn, kondonditer och achondrites - men behandlade först rockpulveret för att avlägsna eventuella spår av organiska ämnen.

De fann att mineralerna inom meteoriterna var nödvändiga för att katalysera syntesen av molekylerna, med stenjärnet, kondondriet och achondritmeteoriterna mer aktiva än järnmeteoriterna som en allmän trend. De testade också enskilda mineraler närvarande i meteoriterna och fann att hela pulveret behövdes för fullständig katalytisk effekt.

"Meteoriter är inte bara shuttles för organics, vilket föreslår gemensam synvinkel," Saladino säger. "De är också reaktorer som kan syntetisera biomolekyler under deras liv."

Fångsten

Resultaten kommer med en viktig tillvägagångssätt.

"Jag är mycket entusiastisk över det här arbetet, eftersom de fick mycket mer än nukleobaserna", säger Steven Benner, en kemist vid livsstilen för tillämpad molekylär evolution vid Westheimer Institute i Gainesville, Florida, som inte var Det är inte med i den nya studien. "De kombinerade formamid och bergkemi och har så många byggstenar - det är det som gör det här papperet viktigt."

"Men fångsten är att den totala meteoritmängden som kommer in efter det att månbildningsevenemanget är försumbart", tillade han. "Du kan inte lita på det sena tunga bombardementet för att ge dig mycket när det gäller organik. Dessutom är den koldioxidmängden försumbar jämfört med vad som redan finns här på jorden."

Faktum är att formamid, utgångsmolekylen i deras experiment, enkelt framställs av vätecyanid och vatten - två föreningar som var rikliga på tidig jord.

"Min åsikt är att vi måste lösa problemet med vad som finns här på jorden innan vi tittar på meteoriter," sade Benner, "bara på grund av mängden material som kommer in".