Nauka

Życie w meteorycie

Czy życie nadeszło z kosmosu?

Tak, mniej więcej, wyglądał Układ Słoneczny niedługo po powstaniu. Tak, mniej więcej, wyglądał Układ Słoneczny niedługo po powstaniu. NASA
Nikt nie wie, skąd wzięło się życie na Ziemi. Najnowsze badania coraz bardziej uprawdopodobniają hipotezę, że cegiełki do jego powstania przybyły do nas z kosmosu.
Fragment meteorytu Murchison (Australia), w którym znaleziono kilkanaście tys. organicznych związków chemicznychNASA Fragment meteorytu Murchison (Australia), w którym znaleziono kilkanaście tys. organicznych związków chemicznych

Jeśli nikt mnie o to nie pyta, wiem. Jeśli pytającemu usiłuję wytłumaczyć, nie wiem”. Pytanie, skwitowane w ten przewrotny sposób przez św. Augustyna, dotyczyło natury czasu, ale równie dobrze mogłoby dotyczyć natury życia. Internetowa encyklopedia PWN pisze o niej, używając ponad 1500 słów, by w finale stwierdzić: „Pojęcie życia, zagadnienie jego powstania i rozwoju nie daje się łatwo ująć w ramy prostych definicji i wydaje się, iż dyskusje na ten temat będą stałym składnikiem myśli ludzkiej”.

Pilna potrzeba określenia, czym jest życie, pojawiła się, gdy NASA zaczęła rozwijać badania astrobiologiczne. Sformułowana wtedy robocza definicja głosi, że jest ono samopodtrzymującym się systemem chemicznym, zdolnym do ewolucji darwinowskiej. Na pozór niewiele to mówi, ale podtekst ostatnich dwóch słów jest jednoznaczny. Tak przynajmniej wynika z artykułu poświęconego zespołom makromolekularnym, który ukazał się w zeszłym roku w „Proceedings of the National Academy of Sciences” (PNAS): jego autorzy stwierdzają, że aby system chemiczny mógł ewoluować, musi być zdolny do gromadzenia i powielania informacji.

Jeśli mają rację, życie nie było możliwe, dopóki na Ziemi nie pojawiły się kwasy nukleinowe, wśród których pierwszoplanową rolę najprawdopodobniej odegrał RNA. Ta prostsza od DNA makromolekuła mogła nie tylko się powielać, lecz także – podobnie jak enzymy białkowe – katalizować reakcje chemiczne. Hipotetyczny na razie świat RNA to najdawniejszy etap historii życia, do którego docierają biolodzy (autorzy artykułu z PNAS otwarcie przyznali, że nie wiedzą, co go poprzedzało). Dalej w przeszłość sięgają tylko chemicy i... astronomowie.

Para wodna+ metan + wodór

Zbliża się 60 rocznica eksperymentu Millera i Ureya, w którym odpowiadająca ówczesnym wyobrażeniom o pierwotnej atmosferze Ziemi mieszanina pary wodnej, wodoru, metanu i amoniaku była przez kilka dni poddawana działaniu wyładowań elektrycznych. Okazało się, że to wszystko, czego trzeba, by z prostych cząsteczek powstały cukry i aminokwasy. Badania zapoczątkowane przez Millera i Ureya są kontynuowane do dziś, z uwzględnieniem aktualnych danych o składzie i stanie pierwotnej atmosfery, a lista otrzymanych w ten sposób skomplikowanych związków chemicznych wydłużyła się o kolejne aminokwasy (m.in. niewytwarzaną przez nasze organizmy, lecz dla nich niezbędną metioninę) oraz puryny i pirymidyny (do których należą słynne składniki RNA i DNA – adenina, guanina, tymina, cytozyna i uracyl). Konkluzja jest oczywista: prebiotyczne molekuły, niezbędne do funkcjonowania życia, mogły powstać na naszej planecie samorzutnie.

Czy rzeczywiście powstały, tego nie wiemy. Wiemy natomiast z całą pewnością, że przybywały (i nadal przybywają) wprost z kosmosu, który okazał się zdumiewająco wydajnym kombinatem chemicznym, zdolnym do przetwarzania materii nieorganicznej na organiczną. Przestrzeń międzygwiazdowa spełnia wszelkie laboratoryjne standardy próżni, ale nie jest całkowicie pusta: na 1 cm sześc. przypada w niej średnio 1 atom. W porównaniu z atmosferą naszej planety, w której na taką samą objętość przypada sto milionów bilionów (1020) atomów, to doprawdy niewiele. W przeciwieństwie do gazów atmosferycznych materia międzygwiazdowa jest jednak rozmieszczona bardzo nierównomiernie, o czym można się przekonać, patrząc na Drogę Mleczną. Ziejące w niej dziury i szczeliny to stosunkowo gęste (choć z naszego punktu widzenia nadal nieróżniące się od próżni) obłoki gazu i pyłu, które pochłaniają światło leżących za nimi gwiazd. W ciągu ostatniego półwiecza w najgęstszych z nich radioastronomowie odkryli ponad 140 związków chemicznych, m.in. aldehyd glikolowy (najprostszy cukier) oraz glicynę (najprostszy z aminokwasów).

Tożsamość kosmicznego związku chemicznego ustala się na podstawie radiowego widma jego cząsteczek, czyli zbioru częstotliwości emitowanych przez nie fal radiowych, który można sobie wyobrazić jako kod kreskowy. Ponieważ kosmiczne kody często nakładają się na siebie lub są bardzo zawiłe, na razie udało się odczytać tylko niektóre z nich. Wystarcza to jednak, by mieć pewność, że inwentarz międzygwiazdowych związków organicznych jest bardzo bogaty i że najprawdopodobniej obejmuje cząsteczki co najmniej równie skomplikowane jak te wytworzone w eksperymencie Millera i Ureya. Wiadomo także, jak działa kosmiczne laboratorium: swe zdumiewające zdolności zawdzięcza katalizującemu działaniu mikrometrowych ziarenek międzygwiazdowego pyłu. Atom, który zderzy się z ziarnkiem pyłu, nie odbija się od niego od razu, lecz zaczyna po nim wędrować, a gdy podczas takiej wędrówki spotka inny atom, łączy się z nim w cząsteczkę. Wielu specjalistów uważa, że dojście tą drogą do bardzo skomplikowanych związków jest tylko kwestią czasu, którego między gwiazdami nie brakuje.

Materia chondrytu

Pyłowe drobiny są rozsiewane w kosmosie przez starzejące się gwiazdy. Za 5 mld lat zacznie je wyrzucać także Słońce, które rozedmie się wtedy do tego stopnia, że orbita Ziemi znajdzie się w jego wnętrzu. Ostygnie jednocześnie z obecnych prawie 6 tys. K do około 3 tys. K i zacznie „kopcić” niczym świeca ze źle przyciętym knotem (w jego atmosferze dojdzie do resublimacji pierwiastków i prostych związków chemicznych, obecnych dotąd tylko w postaci gazowej). Pod działaniem ciśnienia promieniowania gwiazdowa „sadza” rozproszy się, pociągając za sobą resztę gazu. Ze Słońca pozostanie martwy rdzeń o rozmiarach Ziemi, otoczony rozbiegającym się obłokiem pełnym nowo wytworzonych pyłów.

Nasz układ planetarny powstał 4,5 mld lat temu z obłoku, który zapadł się pod wpływem własnej grawitacji i przekształcił w młodą gwiazdę otoczoną cienkim dyskiem protoplanetarnym. Wewnętrzna część dysku miała zbyt wysoką temperaturę, by przetrwały w niej związki organiczne, za to jego peryferia były dla dużych cząsteczek przechowalnią wręcz idealną. Resztki dyskowej materii, pozostałe po uformowaniu się planet, obserwujemy jako komety i planetoidy. Jednak w swej pierwotnej postaci zachowała się ona tylko w kometach i rozsiewanych przez nie rojach meteorytowych.

Materię organiczną znaleziono po raz pierwszy w meteorycie należącym do klasy rzadko spotykanych chondrytów węglistych, który spadł w 1969 r. w miejscowości Murchison w Australii. Najnowsze analizy pozwoliły ocenić liczbę występujących w nim związków organicznych na co najmniej kilkanaście tysięcy. Wśród nich zidentyfikowano kilkadziesiąt różnych aminokwasów oraz puryny, pirymidyny, węglowodory aromatyczne, kwasy karboksylowe i wiele innych. Takiego bogactwa nie oczekiwał żaden astrochemik ani żaden astrobiolog. Daniel Glavin, znany badacz meteorytów z NASA Goddard Space Flight Center, przyznał w wywiadzie dla „Scientific American”, że poczuł się wręcz wystraszony, i dodał: „Czeka nas mnóstwo pracy, zanim będziemy mogli choćby udawać, że się orientujemy w tym wszystkim”. Łatwo go zrozumieć, jeśli się uwierzy w górne oszacowania liczby związków organicznych zawartych w chondrytach węglistych, która zdaniem specjalistów może iść w miliony.

Lewe życie

Meteoryt Murchison zawiera znaczną ilość aminokwasów na jednostkę masy, ale daleko mu do rekordu. Dwa meteoryty znalezione w pierwszej połowie lat 90. na Antarktydzie zawierają ich prawie 20-krotnie więcej! Mało tego – większość meteorytowych aminokwasów nie jest ani produkowana, ani nawet wykorzystywana przez ziemskie organizmy. Dowiadując się o tym, trudno nie pomyśleć z dreszczykiem emocji: czyżby to były ślady pozaziemskiego życia?

Niestety, obecne dane praktycznie wykluczają taką możliwość. Aminokwasy występują w dwóch odmianach: lewo- i prawoskrętnej, które różnią się od siebie jak lewa dłoń od prawej albo odbicie w lustrze od oryginału. Wszystko, co żyje na naszej planecie, wytwarza aminokwasy niemal wyłącznie lewoskrętne. Prawdopodobnie równie dobrze mogłyby funkcjonować organizmy bazujące na odmianach prawoskrętnych. Tymczasem w meteorytach nigdy jeszcze nie znaleziono próbek o tylko jednej skrętności. Mało tego: w dwóch meteorytach z rekordową zawartością aminokwasów odmiany lewo- i prawoskrętne pojawiają się w jednakowych ilościach, co wskazuje na abiotyczne pochodzenie tych związków.

Jednakowe ilości obu odmian otrzymuje się też w eksperymentach zapoczątkowanych przez Millera i Ureya. Ziemskie życie, bez względu na to, czy powstało na bazie prebiotycznych związków zsyntetyzowanych na miejscu, czy importowanych z kosmosu, wybrało odmianę lewoskrętną. Co o tym zadecydowało? Dane uzyskane w ostatnich latach pozwalają zarysować szkic odpowiedzi na to fascynujące pytanie, ale do pełnej jasności jest jeszcze daleko. W meteorycie Murchison i paru innych odmiana lewoskrętna niektórych aminokwasów występuje nieco częściej niż prawoskrętna. Można by to złożyć na karb zanieczyszczeń ziemską materią organiczną, gdyby nie fakt, że największą nadwyżkę zaobserwowano w przypadku aminokwasu o nazwie izowalina, który na naszej planecie występuje niezwykle rzadko. Przewaga lewoskrętności mogła się pojawić już w przestrzeni międzygwiazdowej – mogła też powstać znacznie później w wyniku procesów zachodzących w prymitywnych obiektach dysku protoplanetarnego. Jak się wydaje, natura jest w stanie wykorzystać obie możliwości.

Aby w kosmicznym obłoku uzyskać nadwyżkę jednej ze skrętności, wystarczy go oświetlić odpowiednio spolaryzowanym promieniowaniem ultrafioletowym (odpowiednio spolaryzowane znaczy po prostu tyle, co przepuszczane przez lewe lub prawe szkło okularów do oglądania filmów trójwymiarowych). W przestrzeni międzygwiazdowej nie ma wprawdzie takich okularów, ale promieniowanie o pożądanych własnościach można wytworzyć na kilka sposobów – np. rozpraszając je na tych samych pyłkach, na których powstają aminokwasy. Nie jest to żadna fantazja – najbliższy rozległy obłok, którego jedna część jest oświetlona promieniowaniem niszczącym związki lewoskrętne, a druga niszczącym związki prawoskrętne, znajduje się w odległości 1500 lat świetlnych od nas w gwiazdozbiorze Oriona. Raz wytworzona nadwyżka może zostać wzmocniona, o czym świadczą m.in. wyniki badań dużego chondrytu węglistego, który w 2000 r. spadł na zamarznięte jezioro Tagish w północnej części kanadyjskiej prowincji Kolumbia Brytyjska.

Zakończona niedawno analiza tego wyjątkowo dobrze zachowanego okazu dała zdumiewający wynik: w niektórych jego fragmentach zawartość aminokwasów była stukrotnie większa niż w innych. Autorzy analizy kładą to na karb procesów przebiegających w obecności ciekłej wody, które mogą prowadzić zarówno do syntezy, jak i destrukcji związków chemicznych oraz zwiększać pierwotną nadwyżkę skrętności. Zaprzęganie ciekłej wody do długotrwałej pracy w obiektach, które krążą na peryferiach Układu Słonecznego, wydaje się mało sensowne, ale... w kwietniu br. minerały powstające tylko w obecności ciekłej wody znaleziono w sprowadzonych przez sondę Stardust próbkach komety Wild 2. Coraz wyraźniej rysuje się więc taki scenariusz odległej przeszłości, w którym naszą matką pozostaje Ziemia, ale rola ojca przypada kosmosowi.

Polityka 37.2011 (2824) z dnia 07.09.2011; Nauka; s. 66
Oryginalny tytuł tekstu: "Życie w meteorycie"
Więcej na ten temat
Reklama

Codzienny newsletter „Polityki”. Tylko ważne tematy

Na podany adres wysłaliśmy wiadomość potwierdzającą.
By dokończyć proces sprawdź swoją skrzynkę pocztową i kliknij zawarty w niej link.

Informacja o RODO

Polityka RODO

  • Informujemy, że administratorem danych osobowych jest Polityka Sp. z o.o. SKA z siedzibą w Warszawie 02-309, przy ul. Słupeckiej 6. Przetwarzamy Twoje dane w celu wysyłki newslettera (podstawa przetwarzania danych to konieczność przetwarzania danych w celu realizacji umowy).
  • Twoje dane będą przetwarzane do chwili ew. rezygnacji z otrzymywania newslettera, a po tym czasie mogą być przetwarzane przez okres przedawnienia ewentualnych roszczeń.
  • Podanie przez Ciebie danych jest dobrowolne, ale konieczne do tego, żeby zamówić nasz newsletter.
  • Masz prawo do żądania dostępu do swoich danych osobowych, ich sprostowania, usunięcia lub ograniczenia przetwarzania, a także prawo wniesienia sprzeciwu wobec przetwarzania, a także prawo do przenoszenia swoich danych oraz wniesienia skargi do organu nadzorczego.

Czytaj także

Społeczeństwo

Od uchodźcy 600 zł. W Polsce kwitnie handel meldunkami

O tym, że zameldowanie nadal jest w Polsce obowiązkowe, wie niewielu Polaków. Obcokrajowców jeszcze mniej. Właściciele mieszkań meldować nikogo nie muszą. I nie chcą. W szczególności uchodźców, a już najmniej tych z Afryki. Za brak meldunku Polakom nic nie grozi, cudzoziemcom spoza Unii – grzywna. Bez zameldowania nie mogą załatwić wielu spraw. W efekcie kwitnie meldunkowy handel.

Agnieszka Rodowicz
16.02.2020
Reklama

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną