Затея стоимостью в миллиард

В конце января в журнале Nature Astronomy были обнародованы результаты исследования образцов астероида Бенну. Они вызвали оживленный интерес не только в сугубо научной среде. Многочисленные популяризаторы, а следом широкая публика увидели в них интригующую историю возникновения жизни на Земле.

У этой истории длинный хвост, почти как у кометы. В сентябре 2016 года была запущена американская межпланетная станция OSIRIS-REx, которая достигла астероида Бенну под Новый, 2019 год. Это небесное тело диаметром около полукилометра в свое время прибыло из пояса астероидов между Марсом и Юпитером и встало на орбиту недалеко (по астрономическим меркам) от земной.

Полеты в дальний космос — дело неспешное. Забор грунта Бенну состоялся только 20 октября 2020 года. А на Землю образцы прибыли в спускаемом аппарате 24 сентября 2023 года. Вся эта затея стоила Соединенным Штатам около миллиарда долларов.

Но она того действительно стоила, как выяснилось только теперь. Исследовательская группа, получившая приоритетный доступ к образцам астероида, опубликовала результаты их химического анализа, дающие представление о том, как некоторые ингредиенты для жизни могли впервые попасть на Землю. Имея на руках драгоценные 120 г самого настоящего астероида, ученые углубились в историю Солнечной системы (вплоть до ее зарождения), записанную в камнях, льде и воде.

Хондриты и астероид Бенну

Астероид Бенну оказался весьма схож с метеоритами, которые называются хондритами (подавляющее большинство каменных метеоритов). Их компоненты образовались в облаке газа и пыли на заре существования Солнечной системы миллиарды лет назад. Лабораторно измеренные составы хондритов практически идентичны химическому составу элементов в недрах Солнца. То есть они образовались миллиарды лет назад, их можно назвать химически неизменными капсулами из начала времен.

Некоторые типы хондритов богаты солями кремния, образовавшимися в результате таяния льда в древнем астероиде и воздействия воды на породу. Обычно там немало пребиотических органических молекул. Некоторые из них являются строительными блоками для жизни. Из-за такого сочетания горных пород, воды и органики команда проекта OSIRIS-REx и выбрала для исследования астероид Бенну. Там уже изначально надеялись найти воду и органические соединения, необходимые для зарождения жизни.

Эвапориты — продукты испарения древнего рассола

До тех пор, пока ученые не смогли осуществить доставку образцов с помощью космического аппарата, тщательную обработку и хранение образцов в нейтральном газе, они никогда не видели такого набора веществ в метеоритах. Образцы Бенну в основном состоят из минералов, встречающихся в хондритах. Однако были обнаружены и редкие минералы — эвапориты, удивившие ученых. Это вещества, которые образуются при испарении воды.

На Земле такой процесс испарения образовал древние похожие отложения в озерах. Иногда их обнаруживают в высохших озерах на Земле, например в озере Серлс в Калифорнии. 

Эти минералы также встречаются на многих ледяных телах во внешней части Солнечной системы, за орбитой Марса. Такие отложения есть на карликовой планете Церера. Cassini обнаружил те же минералы в шлейфах (выбросах воды с поверхности) Энцелада, спутника Сатурна.

Неожиданное открытие. Приготовление ингредиентов для жизни

Ученые использовали целый ряд методик, чтобы изучить крошечные кусочки доставленного образца. Это и компьютерная томография, и электронная микроскопия, и дифракция рентгеновских лучей, что в целом позволило получить уникальную, очень подробную информацию. По идентифицированным солям можно сделать вывод о составе рассола, из которого они образовались, и проследить, как он менялся со временем. Этот рассол был идеальным местом для протекания новых химических реакций и образования органических молекул.

Химики-органики занялись определением в образцах молекул, содержащих углерод — основу земной жизни. Они обнаружили неожиданно высокий уровень аммиака, который является важным строительным блоком аминокислот, образующих белки в живой природе. Они также обнаружили все пять нуклеотидных оснований, входящих в состав ДНК и РНК.

И они стали сюрпризом.

Аминокислоты представляют собой спираль. Во всех земных организмах она закручена влево. Но на Бенну почти в равном количестве представлены обе зеркальные формы.

То есть вполне можно представить жизнь, в которой все белки завернуты наоборот. Это как винтовые лестницы в замках — всегда по часовой, потому что защитник правша и держал шпагу правой. И только если хозяин был левша, в его замке лестницы заворачивались против часовой стрелки.

Теперь можно предположить, что рассолы были идеальной средой для возникновения все более сложных органических молекул, таких как те, что образуют жизнь на Земле. Когда астероиды, подобные Бенну, врезались в молодую Землю, они могли доставлять на нее полный набор сложных молекул и ингредиентов, необходимых для жизни: воду, фосфаты и аммиак. Вместе эти компоненты могли засеять бесплодный мир Земли и создать в нем жизнь.