داخل الكويكبات القديمة ، صنعت أشعة جاما اللبنات الأساسية للحياة

في عام 2021 ، نجحت مهمة الفضاء Hayabusa2 في تسليم لقمة من الكويكب 162173 Ryugu إلى الأرض – خمسة جرامات من أقدم المواد البكر المتبقية من تكوين النظام الشمسي قبل 4.5 مليار سنة. في الربيع الماضي ، كشف العلماء أن التركيب الكيميائي للكويكب يتضمن 10 أحماض أمينية ، وهي اللبنات الأساسية للبروتينات. أضاف الاكتشاف إلى الدليل على أن الحساء البدائي الذي نشأت منه الحياة على الأرض ربما كان محنكًا بالأحماض الأمينية من أجزاء من الكويكبات.

لكن من أين أتت هذه الأحماض الأمينية؟ الأحماض الأمينية التي تتدفق عبر أنظمتنا البيئية هي نتاج التمثيل الغذائي الخلوي ، ومعظمها في النباتات. ما هي الآلية غير البيولوجية التي يمكن أن تضعهم في النيازك والكويكبات؟

لقد فكر العلماء في عدة طرق ، وتشير الأعمال الأخيرة التي قام بها باحثون في اليابان إلى طريقة جديدة مهمة: آلية تستخدم أشعة جاما لتكوين الأحماض الأمينية. يجعل اكتشافهم من المرجح أن تكون النيازك قد ساهمت في نشأة الحياة على الأرض.

على الرغم من جاذبيتها باعتبارها جزءًا أساسيًا من كيمياء الحياة ، فإن الأحماض الأمينية عبارة عن جزيئات بسيطة يمكن طهيها بدون فن من مركبات الكربون والأكسجين والنيتروجين إذا كانت هناك طاقة كافية. منذ سبعين عامًا ، أثبتت التجارب الشهيرة التي أجراها ستانلي ميلر وهارولد أوري أن التفريغ الكهربائي في خليط غازي من الميثان والأمونيا والهيدروجين (والذي كان يُعتقد في ذلك الوقت بشكل غير صحيح أنه يحاكي الغلاف الجوي المبكر للأرض) كان كل ما يتطلبه الأمر لصنع مزيج من المركبات العضوية التي تحتوي على الأحماض الأمينية. اقترح العمل المخبري اللاحق أن الأحماض الأمينية يمكن أن تتشكل أيضًا في الرواسب بالقرب من الفتحات الحرارية المائية في قاع البحر ، وأكد اكتشاف في عام 2018 أن هذا يحدث في بعض الأحيان.

بدأت احتمالية ظهور الأحماض الأمينية الأصلية من الفضاء في الظهور بعد عام 1969 ، عندما تم استرداد اثنين من النيازك الضخمة – نيزك مورشيسون في جنوب شرق أستراليا ونيزك أليندي في المكسيك – على الفور بعد اصطدامهما. كلاهما عبارة عن كوندريت كربوني ، وهي فئة نادرة من النيازك تشبه ريوجو يعتقد العلماء أنها تراكمت من أجسام جليدية أصغر بعد تشكل النظام الشمسي لأول مرة. يحتوي كلاهما أيضًا على كميات صغيرة ولكن مهمة من الأحماض الأمينية ، على الرغم من أن العلماء لم يستبعدوا احتمال أن تكون الأحماض الأمينية ملوثات أو منتجات ثانوية لتأثيرها.

ومع ذلك ، علم علماء الفضاء أن أجسام الغبار الجليدية التي شكلت الكوندريت الكربوني من المحتمل أن تحتوي على الماء والأمونيا وجزيئات كربون صغيرة مثل الألدهيدات والميثانول ، لذلك كانت المكونات الأولية للأحماض الأمينية موجودة. لقد احتاجوا فقط إلى مصدر للطاقة لتسهيل التفاعل. اقترح العمل التجريبي أن الأشعة فوق البنفسجية من المستعرات الأعظمية يمكن أن تكون قوية بما يكفي للقيام بذلك. يمكن أيضًا أن تؤدي التصادمات بين أجسام الغبار إلى تسخينها بدرجة كافية لإحداث تأثير مماثل.

قال سكوت ساندفورد ، عالم الفيزياء الفلكية المختبرية في مركز أبحاث أميس التابع لناسا: “نحن نعرف الكثير من الطرق لصنع الأحماض الأمينية من الناحية البيولوجية”. “وليس هناك سبب لتوقع أنها لم تحدث جميعًا.”

أظهر فريق من الباحثين في جامعة يوكوهاما الوطنية في اليابان بقيادة الكيميائيين يوكو كيبوكاوا وكينسي كوباياشي أن أشعة جاما يمكن أن تنتج أيضًا الأحماض الأمينية في الكوندريت. في عملهم الجديد ، أظهروا أن أشعة جاما من العناصر المشعة في الكوندريت – على الأرجح الألومنيوم 26 – يمكن أن تحول مركبات الكربون والنيتروجين والأكسجين إلى أحماض أمينية.

بالطبع ، يمكن لأشعة جاما أن تدمر المركبات العضوية بالسهولة التي يمكن أن تنتجها. لكن في تجارب الفريق الياباني ، قال كيبوكاوا إن “تعزيز إنتاج الأحماض الأمينية بالنظائر المشعة كان أكثر فاعلية من التحلل” ، لذا أنتجت أشعة جاما أحماض أمينية أكثر مما دمرت. من معدلات الإنتاج التي لوحظت في تجاربهم ، قدر الباحثون تقريبًا أن أشعة غاما يمكن أن ترفع تركيز الأحماض الأمينية في كويكب كوندريت كربوني إلى المستويات التي شوهدت في نيزك مورشيسون في أقل من 1000 عام أو ما يصل إلى 100000. .

نظرًا لأن أشعة جاما ، على عكس الضوء فوق البنفسجي ، يمكن أن تخترق عمق الكويكب أو النيزك ، فقد يكون لهذه الآلية أهمية إضافية لسيناريوهات أصل الحياة. قال ساندفورد: “إنه يفتح بيئة جديدة تمامًا يمكن فيها صنع الأحماض الأمينية”. وأوضح أنه إذا كانت النيازك كبيرة بما يكفي ، “يمكن للجزء الأوسط منها البقاء على قيد الحياة عند دخول الغلاف الجوي حتى لو تضاءل الجزء الخارجي بعيدًا”. “إذن أنت لا تصنع فقط لكنك تجعلهم على الطريق للوصول إلى كوكب “.