Наши ДНК и РНК состоят из пяти азотистых оснований, которые играют ключевую роль в проявлении и передаче генетической информации. В сочетании с сахарами (нуклеозиды) или фосфатами (нуклеотиды) они также участвуют во многих метаболических процессах. Теперь исследователи утверждают, что эти основания — аденин, цитозин, гуанин, тимин и урацил — были найдены во фрагментах метеоритов. Это открытие позволяет предположить, что предшественники жизни на Земле могли прийти из космоса.
Недавние миссии под руководством JAXA и NASA по возвращению образцов с астероидов Рюгу (тип C) и Бену (тип B) предоставят важную информацию о внеземных органических молекулах и потенциальных подсказках о происхождении жизни на Земле. Эти богатые углеродом астероиды являются вероятными родительскими телами метеоритов, найденных на Земле, в которых в начале 1960-х годов были обнаружены различные первобытные органические молекулы — в том числе аденин и гуанин, а также следы урацила.
Используя новый аналитический метод, который позволяет более бережно извлекать и отделять отдельные химические соединения из сжиженной метеоритной пыли, группа японских исследователей, включая двух сотрудников отдела НАСА по исследованию Солнечной системы, изучила три углеродистых метеорита, упавших несколько десятилетий назад, включая австралийский метеорит Мурчисон 1969 года, который известен множеством содержащихся в нем органических соединений (включая аминокислоты, пурины и пиримидины). Их методика показала наличие всех пяти нуклеобаз во всех образцах.
Нуклеобазы и другие соединения, необходимые для жизни
Происхождение жизни на Земле до сих пор является предметом споров: являются ли первобытные молекулы результатом химических процессов, происходивших на Земле в «пребиотическом супе», или они пришли из космоса? Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, говорит в пользу второй гипотезы: «Разнообразный набор экзогенных органических материалов метеоритного происхождения, включая нуклеобазы, мог быть доставлен на раннюю Землю в период поздней тяжелой бомбардировки (~4,0-3,8 млрд. лет назад)«, — пишут исследователи.
В этом исследовании команда проанализировала метеориты из Мерчисона (два образца), Мюррея (упал в 1950 году в Кентукки) и Тагиш-Лейк (упал в 2000 году в Канаде) с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии в сочетании с масс-спектрометрией с ионизацией электрораспылением высокого разрешения.
«Наш метод обнаружения на несколько порядков чувствительнее, чем тот, который применялся в предыдущих исследованиях«, — сообщил Ясухиро Оба, геохимик из Университета Хоккайдо, возглавлявший исследование. Их целью было измерить содержание различных азотсодержащих гетероциклических молекул в каждом из этих метеоритов. В их технике экстракции используется холодная вода вместо обычной горячей муравьиной кислоты, что позволяет сохранить эти особенно хрупкие соединения.
В ДНК и РНК существует два типа нуклеобаз: пиримидиновые нуклеобазы, состоящие из одного шестиатомного азотистого гетероциклического кольца (цитозин, урацил и тимин), и пуриновые нуклеобазы, состоящие из двух колец с шестью и пятью атомами (аденин и гуанин). До сих пор в анализах метеоритов отсутствовали только тимин и цитозин.
В двух образцах метеорита Мерчисон было обнаружено несколько пуриновых нуклеобаз — гуанин, как правило, наиболее распространен во всех метеоритах (за исключением метеорита озера Тагиш). Различные пуриновые и пиримидиновые молекулы также были идентифицированы в образцах Тагиша и Мюррея. Наконец, исследователи обнаружили и измерили пять азотистых оснований во всех четырех образцах, а также несколько соединений, связанных с этими основаниями, и некоторые аминокислоты. Затем они взяли на себя обязательство провести такие же анализы на земле, с которой были собраны метеориты.
Для некоторых из обнаруженных соединений показатели обилия в метеоритах были выше, чем в окружающей почве, что говорит о том, что эти соединения попали на Землю, транспортируемые этими породами. Для других соединений, таких как цитозин и урацил, количество, измеренное в почве, в 20 раз выше, чем в метеоритах.
Эти результаты позволяют предположить, что эти соединения могли попасть в метеориты в результате земного загрязнения. Космохимик Майкл Каллахан из Университета штата Бойсе в Айдахо, который не участвовал в исследовании, говорит, что полученные данные недостаточно убедительны, чтобы утверждать, что нуклеобазы имеют внеземное происхождение.
Однако Ясухиро Оба и его коллеги отмечают, что они выявили другие соединения, которые укрепляют их гипотезу. Они обнаружили присутствие в метеоритах более десятка других соединений, необходимых для жизни, в частности изомеров пяти нуклеобаз. Однако эти изомеры — соединения с одинаковой химической формулой, но атомы которых организованы по-разному — обнаружены только в метеоритах, а не в окружающей почве, что исключает возможность загрязнения из почвы.
Изучение метеоритов «у их источника» окончательно устранит сомнения, поэтому в настоящее время команда применяет свой метод анализа к образцам с астероида Рюгу, которые будут доставлены на Землю в декабре 2020 года миссией Хаябуса-2; возвращение образцов с астероида Бену в рамках миссии OSIRIS-Rex запланировано на сентябрь 2023 года. Ученые с нетерпением ждут новых подсказок, которые дадут эти внеземные материалы. Если молекулы, из которых состоит ДНК, действительно происходят из космоса, это ставит под вопрос потенциальное распространение жизни в нашей Солнечной системе и за ее пределами.