Jedan od najčudnijih aspekata života na Zemlji - a možda i život negdje drugdje u kozmosu - je značajka koja zagonetke podjednako pogoduje i kemičarima, i biolozima, i teorijskim fizičarima. Svaki molekularni sastavni dio života (aminokiseline i šećeri) ima blizance - ne identičan, već zrcalnu sliku. Kao što desna ruka zrcali vašu lijevu, ali nikad neće udobno stati u lijevu rukavicu, aminokiseline i šećeri dolaze i u desnoj i u lijevoj verziji. Ovaj fenomen odabira biološkog oblika naziva se "kiralnost" - od Grka za primirje.
Na Zemlji su aminokiseline karakteristične za život sve „ljevoruke“ u obliku i ne mogu se zamijeniti za njihov desni doppelgänger. U međuvremenu, svi šećeri karakteristični za život na Zemlji su „desničari“. Suprotne ruke za aminokiseline i šećere postoje u svemiru, ali jednostavno ih ne koristi nijedan poznati biološki životni oblik. (Neke bakterije zapravo mogu pretvoriti desne aminokiseline u ljevičarsku verziju, ali one ne mogu koristiti one desne kao što je to slučaj.) Drugim riječima, i šećeri i aminokiseline na Zemlji su homohiralni: jednoručni,
Prije više od 4 milijarde godina, kada je naš matični planet bio u žarkoj i temperamentnoj mladosti, bili su prisutni i biološki građevni blokovi i njihova ogledala. U stvari, obojica i danas postoje na Zemlji - samo ne u životu onakav kakav znamo. Svakako, ako skuhate hrpu aminokiselina, šećera ili njihovih molekula prekursora u laboratoriju, uvijek ćete dobiti 50-50 smjesa s lijeve i desne strane. Ali nekako, kako je život nastajao u bezbroj tisućljeća koja su uslijedila nakon formiranja Zemlje, odabrane su samo lijeve aminokiseline i desni šećer.
Kiralne molekule čak su pronađene u međuzvjezdanom prostoru. U značajnom otkriću koje je ovog lipnja objavila Nacionalna opservatorija za radio astronomiju, znanstvenici su identificirali molekule u središtu galaksije koje bi se mogle koristiti za konstrukciju šećera s desne i lijeve strane. Iako još uvijek nemaju pojma ima li više ruku nego druge, nalaz postavlja temelje za daljnje eksperimente koji bi mogli rasvijetliti više o porijeklu ruku.
I dalje ostaju velika pitanja: Kako i zašto je život odabrao samo jedno od dva zrcalna odseva kako bi konstruirao svako stvorenje u svojoj menageriji? Zahtijeva li život homohiralnost da bi započeo ili bi mogli postojati životni oblici koji koriste i zemaljske građevne blokove i njihove alter ego? Je li sjeme homohiralnosti nastalo u dubinama međuzvjezdanog prostora ili su evoluirale ovdje na Zemlji?
Konceptualna slika OSIRIS-REx. (NASA / Goddard / Sveučilište Arizona) Jason Dworkin, koji predvodi laboratorij astrohemije u NASA-inom Goddard svemirskom letu u Greenbeltu, Maryland, kaže da je jedan izazov za znanstvenike koji pokušavaju odgovoriti na ta pitanja: „rana Zemlja nestaje i imamo niz vrlo, vrlo oskudnih dokaza o tome kako je to izgledalo. "Četiri ili više milijardi erupcija vulkana, zemljotresi, meteorska bombardiranja i, naravno, duboki geološki utjecaj samog života toliko su preobrazili planetu da je gotovo nemoguće znati kako je izgledala Zemlja kada život je počeo. Zbog toga se Dworkinova istraživačka skupina i mnogi njegovi kolege iz NASA-e usredotočili na meteorite - ostatke svemirskih krhotina koji se pronalaze na čvrstom tlu.
"To su vremenske kapsule od prije 4, 5 milijardi godina", kaže Dworkin. "Dakle, ono što sada skupljamo u meteoritima vrlo je slično onome što je tada padalo na Zemlji."
Dworkin je također vodeći vladin znanstvenik u misiji OSIRIS-REx za gotovo zemaljski asteroid, Bennu. Misija, koja je pokrenuta ovog rujna, provest će oko godinu dana na mjerenju asteroida kako bi bolje razumjela kako se on kreće kroz naš sunčev sustav. Kad vrijeme svemirske letjelice s Bennu istekne, ona će prikupiti konačnu nagradu: uzorak s površine asteroida koji će ga vratiti na Zemlju u 2023. godini kako bi znanstvenici mogli proučiti njegov kemijski sastav. „Sve što radimo podržava dobivanje tog uzorka, “ kaže Dworkin.
Znanstvenici su Bennu odabrali dijelom zbog njegove sličnosti s posebnom vrstom meteorita koji pruža intrigantan (mada nikako konačan) trag za podrijetlom homohiralnosti. Mnogi meteoriti sadrže molekule na bazi ugljika, uključujući aminokiseline i šećere, koji su samo pravi sastojci za život. Dworkinova skupina analizirala je sastav tih „organskih“ spojeva u desecima meteorita i došli su do iznenađujućeg zaključka. Često su i lijeve i desne verzije, na primjer, aminokiseline, pronađene u jednakim količinama - upravo ono što se moglo očekivati. Ali u mnogim slučajevima pronađena je jedna ili više organskih molekula s viškom jedne ruke, ponekad s vrlo velikim viškom. U svakom od tih slučajeva i u svakom meteoritu koji su do sada proučavali drugi istraživači na terenu, višak molekula bila je lijeva aminokiselina koja se nalazi isključivo u životu na Zemlji.
Dworkin kaže da uzorak iz Bennua može pružiti još jače dokaze o toj pojavi. "Za razliku od meteorita, koji, jedan, padaju na tlo i kontaminiraju se, i, dva, odvojeni su od svog matičnog tijela", s Bennuom će znanstvenici točno znati odakle je asteroid uzorak. Poduzimaju “izvanredne mjere” potvrđuju da ništa iz Zemljine biologije ne može kontaminirati uzorak. "Dakle, kada dobijemo ove (nadamo se) viškove aminokiselina na Bennu uzorku 2023. godine, možemo biti sigurni da nije iz kontaminacije", kaže Dworkin.
Dosadašnji dokazi od meteorita podrazumijevaju da možda postoji način stvaranja homohiralnosti bez života. Međutim, Dworkin kaže: "Ne znamo je li kemija koja vodi ka homohiralnosti i životu poticala od meteorita, procesa na zemlji ili možda iz oba." Još uvijek se postavlja pitanje kako se i zašto taj višak razvijao u meteorita ili njegovog roditelja asteroida ili na ranoj Zemlji.
Hipoteze obiluju. Na primjer, polarizirana svjetlost koja se nalazi s naše strane galaksije može uništiti desnu verziju mnogih aminokiselina malom, ali uočljivom količinom. Lagani višak lijeve aminokiseline trebao bi se drastično pojačati kako bi došli do razine koja se nalazi u živim organizmima na Zemlji.
Upravo taj proces pojačavanja intrigira Donnu Blackmond sa istraživačkog instituta Scripps u La Jolli, u Kaliforniji. Blackmond je gotovo cijelu karijeru proučavao potencijalne hemikalorigine homohiralnosti. "Mislim da će to biti neka kombinacija kemijskih i fizičkih procesa", kaže ona. Blackmondova skupina trenutno pokušava otkriti kako su se kemijske reakcije koje su se mogle odvijati na ranoj Zemlji stvorile samo građevne blokove života. 2006. godine njezin je tim pokazao da mogu pojačati samo lijevi oblik aminokiseline polazeći od malog viška. U 2011. godini pokazali su da se amplificirana aminokiselina tada može upotrijebiti za proizvodnju ogromnog viška prekursora RNA, koji se pravom desnicom izrađuje od šećera koji je na nju vezan. (Mnogi znanstvenici RNA smatraju izvornom biološkom molekulom.) Blackmond i mnogi drugi kemičari postigli su napredak u ovoj vrsti kemije, ali još su daleko od mogućnosti modeliranja svih kemijskih stanja i uvjeta koji mogu postojati na asteroidu ili maloljetničkom planetu.
Blackmond također napominje da je daleko od toga da je životu potrebna potpuna homohiralnost da bi se započeo. "Jedna prava ekstremnost bila bi reći da se nikad ništa ne može dogoditi dok ne budemo potpuno homohiralni bazen građevnih blokova, a mislim da je to vjerojatno previše ekstremno", kaže ona. "Mogli bismo početi praviti polimere tipa informacija" - poput DNK i RNK - "moguće prije nego što smo imali homohiralnost." Za sada, svi znanstvenici mogu samo postavljati pitanja o molekulama ovdje na Zemlji i o nebeskim tijelima koja nas okružuju. U nadi da će otključati još jedan komad ove zagonetke, istraživači sada razvijaju nove tehnologije kako bi utvrdili postoje li viškovi jedne ruke u međuzvjezdanom prostoru.
U međuvremenu će se život na Zemlji nastaviti, tajanstven i asimetričan kao i uvijek.
