Письмена из звёздной пыли: на астероиде Рюгу впервые нашли все пять «букв» жизни

Базовые ингредиенты жизни в том виде, в котором мы её знаем, широко распространены в космосе. Учёные до сих пор выясняют, какие именно из этих ингредиентов присутствовали на первозданной Земле, а то, как они соединились в живое существо, остаётся неразгаданной тайной. Однако многие исследователи сегодня считают, что многие молекулы, необходимые для жизни, уже присутствовали в туманности, из которой сформировалась наша Солнечная система. А это означало бы, что компоненты всех живых существ пришли из космоса.

Недавнее исследование, опубликованное в журнале Nature Astronomy, представляет убедительное новое подтверждение этой гипотезы. Учёные идентифицировали все пять азотистых оснований — химических «букв», составляющих ДНК и РНК, — в образце, взятом с астероида Рюгу. Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) доставило образец на Землю в 2020 году с помощью космического аппарата «Хаябуса-2» для лабораторного изучения.

«Обнаружение всех пяти азотистых оснований во внеземном материале показывает, что полный набор этих ключевых молекул может формироваться в космосе», — заявил Тошики Кога, биогеохимик из Японского агентства морских и земных наук и технологий в Йокосуке, ведущий автор исследования. В интервью по электронной почте он написал: «Вместе с результатами с астероида Бенну это укрепляет идею о том, что эти молекулы могут быть широко распространены в примитивных астероидных материалах».

Термин «примитивные» в данном контексте означает астероиды и метеориты, которые относительно не затронуты процессами, сформировавшими Солнечную систему, такими как сильный нагрев и многократные столкновения. Эта категория, известная как углистые хондриты, включает Рюгу, Бенну и знаменитые метеориты, такие как Мерчисон, упавший в Австралии в 1969 году. Учёные ранее уже идентифицировали аминокислоты — химические строительные блоки белков — а также азотистые основания в углистых хондритах.

Но открытие на Рюгу — это первый случай, когда исследователи нашли все пять азотистых оснований в одном месте и в примерно равных количествах. Это сильно подкрепляет идею о том, что пребиологические молекулы присутствовали, возможно, даже были обычным явлением в солнечной туманности, которая 4,5 миллиарда лет назад сконденсировалась в Солнце и планеты.

«Мы изучаем образцы, доставленные такими миссиями, как «Хаябуса-2», и это подтверждает то, что мы находили в Мерчисоне», — сказала Айн О’Брайен, астробиолог из Университета Глазго, не участвовавшая в исследовании Рюгу. Поскольку углистые хондриты, вероятно, откололись от таких астероидов, как Рюгу (возможно, даже от самого Рюгу), они могут рассказать важную часть нашей истории происхождения. «Могли ли такие метеориты, как Мерчисон, быть тем, что впервые принесло ингредиенты жизни на Землю? В этом и заключается суть всей области астробиологии».

Буквы жизни

Каноническими азотистыми основаниями являются пурины: аденин (А) и гуанин (G), а также пиримидины: цитозин (C), тимин (T) и урацил (U). Последовательность A, G, C и T в ДНК кодирует генетическую информацию, тогда как в РНК место T занимает U. Эти органические молекулы также являются компонентами АТФ (аденозинтрифосфата — энергетического курьера внутри клеток) и других важнейших биомолекул. Иными словами, азотистые основания фундаментальны для всей известной нам биологии, но при этом сами они являются относительно простыми молекулами.

Исследователи находили больше пуринов, чем пиримидинов, в метеорите Мерчисон, но измерили противоположное соотношение в астероиде Бенну и метеорите Оргей, упавшем во Франции в 1864 году. Однако Кога и его коллеги обнаружили почти равные количества всех пяти канонических азотистых оснований в Рюгу, что имеет потенциально захватывающие последствия для понимания распространённости этих молекул в солнечной туманности.

В частности, они отметили, что соотношение пуринов к пиримидинам обратно коррелирует с количеством аммиака в образцах: чем больше пуринов относительно пиримидинов, тем меньше аммиака, и наоборот. Это, в свою очередь, указывает на процессы, в ходе которых азотистые основания сформировались до того, как возникла Солнечная система.

Проблема земного загрязнения

«Эти молекулы также трудно идентифицировать, потому что они присутствуют только в следовых количествах», — предупредил Кога, отметив, что другие пребиологические молекулы, такие как аминокислоты, встречаются гораздо чаще и их легче выделить. Ещё одна проблема — загрязнение, поскольку биомолекулы повсюду на Земле. Исследователи изолировали образец от «Хаябуса-2» в сверхчистом помещении, а затем провели сравнительные измерения с «пустышками», сделанными из морского песка и серпентина с Земли, чтобы убедиться, что азотистые основания действительно с Рюгу.

Но тот факт, что даже крошечные количества азотистых оснований были обнаружены в малых образцах, на самом деле укрепляет силу открытия.

«То, что мы способны обнаружить эти вещества в такой концентрации в таком маленьком образце, действительно указывает на то, что мы можем ожидать их нахождения и на других астероидах», — сказала О’Брайен. Она добавила, что Рюгу и Бенну были выбраны в качестве целей для сбора образцов именно потому, что они являются углистыми хондритами, как и метеорит Уинчкомб, предоставивший большую часть данных для её собственных исследований. «Мы видим разнообразный набор органических соединений, и это переносит нас на миллиарды лет назад».

Каждая новая точка данных укрепляет вывод о том, что азотистые основания — наряду с аминокислотами — были частью первичной Солнечной системы, засеяв раннюю Землю ингредиентами для жизни в том виде, в котором мы её знаем.

Кога и его команда также обнаружили молекулы, тесно связанные с азотистыми основаниями, такие как гипоксантин и ксантин. Сами по себе они не являются генетическими материалами, но чрезвычайно интересны для астробиологов, поскольку могут играть роль в построении ДНК и РНК — или других молекул, известных как ксНК (XNA), которые могут быть основой для жизни в других уголках космоса.

«Наши результаты подтверждают идею о том, что химически разнообразные аналоги азотистых оснований были доступны, что может быть важно при рассмотрении альтернативных путей происхождения генетических систем», — сказал он.

Это открытие имеет далеко идущие последствия. Во-первых, оно практически доказывает, что «кирпичики жизни» не являются чем-то уникальным для Земли — они образуются естественным путём в космических условиях. Во-вторых, равное соотношение всех пяти оснований на Рюгу заставляет пересмотреть прежние модели, согласно которым одни молекулы (пурины) должны были преобладать над другими (пиримидинами). Возможно, в первичной туманности набор «букв» был более полным и сбалансированным, чем считалось ранее.

В-третьих, это исследование даёт новое направление для поиска жизни на других планетах. Если полный набор азотистых оснований действительно широко распространён в примитивном астероидном материале, то подобные молекулы могут присутствовать на поверхности Марса, в подповерхностных океанах Европы и Энцелада — везде, куда когда-либо падали углистые хондриты. Иными словами, космическая «посевная» жизнь могла происходить многократно в разных уголках Солнечной системы.

«Эти молекулы могли быть относительно распространены в примитивных материалах ранней Солнечной системы и могли быть широко доступны для доставки на раннюю Землю и другие планетарные тела», — заключает Кога.

Остаётся главный вопрос: как эти буквы сложились в первое слово? Как простые азотистые основания, аминокислоты и сахара собрались в самовоспроизводящуюся систему? Ответа пока нет, но теперь учёные уверены: учебник жизни был написан не на Земле. Его черновики летели к нам из холодной тьмы межзвёздного пространства миллиарды лет, чтобы однажды — здесь — началась история, которую мы пока умеем только читать, но не понимаем до конца.