Исследование грунта, полученного с астероида Бенну в рамках миссии NASA OSIRIS-REx, выявило, что аминокислоты способны формироваться не только в условиях высоких температур внутри небесных тел, но и при низких температурах. Сопоставляя образцы с астероида Бенну и метеоритом Мурчисон, исследователи установили, что простейшая аминокислота – глицин – имеет различные пути своего возникновения. В метеорите она, вероятно, образовалась в теплой жидкой среде, тогда как на Бенну – в первобытных ледяных отложениях, существовавших до формирования Солнечной системы.
Астероиды и кометы содержат органические вещества, в том числе аминокислоты. Основной вопрос, на который предстоит найти ответ, – это механизм возникновения этих веществ. Предполагается, что органика образуется внутри астероидов в процессе таяния льда и его взаимодействия с горной породой. В настоящее время аналогичная реакция (синтез Штреккера) применяется для промышленного производства аминокислот.
Для подтверждения этой гипотезы исследователи обращались к метеоритам, найденным на Земле, например, к метеориту Мурчисон, обнаруженному в Австралии в 1969 году. В течение полувека пребывания на Земле такие образцы могли подвергнуться загрязнению земной атмосферой или бактериями. Доставка образцов с астероида Бенну в герметичной капсуле предоставила уникальную возможность для изучения химических реакций, происходивших в ранней Солнечной системе.
Авторы исследования, опубликованного в журнале PNAS, в ходе исследования был проведен высокоточный изотопный анализ. Вместо обычного взвешивания молекул ученые использовали метод внутримолекулярной изотопии.
Ученые провели детальный анализ молекул глицина, разделив их на составные части и определив концентрацию тяжелого углерода (13C) в карбоксильной группе («хвосте») и в основной структуре. Изменение распределения изотопов в различных фрагментах молекулы позволяет установить, в какой химической реакции она была синтезирована. В продуктах реакции Штреккера отмечается неравномерность изотопного состава: «хвост» молекулы обогащен углеродом-13, в то время как в ее «голове» его содержание незначительно.
В глицине, обнаруженном в метеорите Мурчисон, соотношение изотопов между разными частями молекулы соответствовало синтезу в теплой жидкой среде, подобно реакции Штреккера. Анализ образцов с астероида Бенну показал, что изотопный состав атомов углерода в глицине был практически идентичным. Это свидетельствует о формировании молекул посредством радикальных реакций в космическом льду под воздействием радиации.
Дополнительное исследование содержания азота подтвердило выдвинутую гипотезу: аминокислоты, обнаруженные в образце Бенну, содержат значительное количество тяжелого изотопа азота (15N), что характерно для тел, образовавшихся на удаленных холодных территориях Солнечной системы или даже в межзвездном пространстве.
Исследователи также обнаружили неожиданную аномалию. Зеркальные изомеры одной и той же аминокислоты (L- и D-глутаминовая кислота), которые в неживых системах должны быть одинаковыми, на астероиде Бенну демонстрируют различный изотопный состав. Это наблюдение заставляет пересмотреть традиционные подходы к поиску жизни, использующие принцип хиральности (симметрии) молекул.
Полученные данные свидетельствуют о том, что в ранний период существования Земли органические молекулы поступали из двух различных мест. Некоторые органические соединения были доставлены с астероидов, где существуют гидротермальные источники, другие — из протосолнечного облака. Это указывает на то, что химические процессы, необходимые для зарождения жизни, являются обыденным явлением во Вселенной и могут протекать в разнообразных средах.