Ingredienser til liv afsløret i meteoritter, der faldt til jorden

To egensindige rumsten, som separat styrtede ned til Jorden i 1998 efter at have cirkuleret i vores solsystems asteroidebælte i milliarder af år, dele noget andet til fælles:ingredienserne til livet. De er de første meteoritter, der er fundet til at indeholde både flydende vand og en blanding af komplekse organiske forbindelser som kulbrinter og aminosyrer.

En detaljeret undersøgelse af den kemiske sammensætning i små blå og lilla saltkrystaller, der er udtaget fra disse meteoritter, som inkluderede resultater fra røntgenforsøg ved Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), fandt også beviser for parrets tidligere sammenblanding og sandsynlige forældre. Disse omfatter Ceres, en dværgplanet, der er det største objekt i asteroidebæltet, og asteroiden Hebe, en stor kilde til meteoritter, der falder på Jorden.

Studiet, offentliggjort 10. januar i tidsskriftet Videnskabens fremskridt , giver den første omfattende kemiske udforskning af organisk stof og flydende vand i saltkrystaller fundet i jordpåvirkende meteoritter. Undersøgelsen træder ny vej i fortællingen om vores solsystems tidlige historie og asteroide-geologi, mens den afdækker spændende muligheder for eksistensen af ​​liv andre steder i Jordens kvarter.

"Det er som en flue i rav, " sagde David Kilcoyne, en videnskabsmand ved Berkeley Labs Advanced Light Source (ALS), som leverede røntgenstråler, der blev brugt til at scanne prøvernes organiske kemiske komponenter, herunder kulstof, ilt, og nitrogen. Kilcoyne var en del af det internationale forskerhold, der forberedte undersøgelsen.

Mens de rige aflejringer af organiske rester genvundet fra meteoritterne ikke giver noget bevis på liv uden for Jorden, Kilcoyne sagde, at meteoritternes indkapsling af rig kemi er analog med bevarelsen af ​​forhistoriske insekter i størknede saftdråber.

Queenie Chan, en planetarisk videnskabsmand og postdoc-forsker ved The Open University i Storbritannien, som var studiets hovedforfatter, sagde, "Det er virkelig første gang, vi har fundet rigelige mængder organisk stof, der også er forbundet med flydende vand, som er virkelig afgørende for livets oprindelse og oprindelsen af ​​komplekse organiske forbindelser i rummet."

Hun tilføjede, "Vi ser på de økologiske ingredienser, der kan føre til livets oprindelse, " inklusive de aminosyrer, der er nødvendige for at danne proteiner.

Hvis der eksisterede liv i en eller anden form i det tidlige solsystem, undersøgelsen bemærker, at disse saltkrystalholdige meteoritter øger "muligheden for at fange liv og/eller biomolekyler" i deres saltkrystaller. Krystallerne bar mikroskopiske spor af vand, der menes at dateres tilbage til vort solsystems barndom - for omkring 4,5 milliarder år siden.

Chan sagde, at ligheden mellem krystallerne fundet i meteoritterne - hvoraf den ene smadrede i jorden nær en børnebasketkamp i Texas i marts 1998 og den anden, der ramte nær Marokko i august 1998 - tyder på, at deres asteroideværter kan have krydset stier og blandede materialer.

Der er også strukturelle spor af et nedslag - måske af et lille asteroidefragment, der rammer en større asteroide, sagde Chan.

Dette åbner op for mange muligheder for, hvordan organisk stof kan overføres fra en vært til en anden i rummet, og videnskabsmænd skal muligvis genoverveje de processer, der førte til den komplekse række af organiske forbindelser på disse meteoritter.

"Tingene er ikke så enkle, som vi troede, de var, " sagde Chan.

Der er også spor, baseret på organisk kemi og rumobservationer, at krystallerne oprindeligt kan have været podet af is- eller vandspytende vulkansk aktivitet på Ceres, hun sagde.

"Alt fører til den konklusion, at livets oprindelse virkelig er muligt andre steder, " sagde Chan. "Der er et stort udvalg af organiske forbindelser i disse meteoritter, inklusive en meget primitiv type organiske stoffer, der sandsynligvis repræsenterer det tidlige solsystems organiske sammensætning."

Chan sagde, at de to meteoritter, der gav de 2 millimeter store saltkrystaller, blev omhyggeligt bevaret på NASAs Johnson Space Center i Texas, og de små krystaller, der indeholder organiske faste stoffer og vandspor, måler kun en brøkdel af bredden af ​​et menneskehår. Chan samlede omhyggeligt disse krystaller i et støvkontrolleret rum, at spalte bittesmå prøvefragmenter af med metalinstrumenter, der ligner tandhakker.

"Det, der gør vores analyse så speciel, er, at vi kombinerede en masse forskellige state-of-the-art teknikker for at studere de organiske komponenter i disse små saltkrystaller, "Sagde Chan.

Yoko Kebukawa, lektor i teknik ved Yokohama National University i Japan, udførte eksperimenter til undersøgelsen på Berkeley Labs ALS i maj 2016 med Aiko Nakato, en postdoc-forsker ved Kyoto Universitet i Japan. Kilcoyne hjalp med at træne forskerne til at bruge ALS røntgenstrålelinje og mikroskop.

Strålelinjen udstyret med dette røntgenmikroskop (et scanningstransmission røntgenmikroskop, eller STXM) bruges i kombination med en teknik kendt som XANES (røntgenabsorption nær kantstrukturspektroskopi) til at måle tilstedeværelsen af ​​specifikke elementer med en præcision på snesevis af nanometer (sinetal milliardtedele af en meter).

"Vi afslørede, at det organiske stof lignede noget, der findes i primitive meteoritter, men indeholdt mere iltbærende kemi, " sagde Kebukawa. "Kombineret med andre beviser, resultaterne understøtter ideen om, at det organiske stof stammer fra en vandrig, eller tidligere vandrig moderlegeme - en havverden i det tidlige solsystem, muligvis Ceres."

Kebukawa brugte også den samme STXM-teknik til at studere prøver på Photon Factory, et forskningssted i Japan. Og forskerholdet fik en række andre kemiske eksperimentelle teknikker til at udforske prøvernes makeup på forskellige måder og i forskellige skalaer.

Chan bemærkede, at der er nogle andre velbevarede krystaller fra meteoritterne, som endnu ikke er blevet undersøgt, og der er planer om opfølgende undersøgelser for at identificere, om nogen af ​​disse krystaller også kan indeholde vand og komplekse organiske molekyler.

Kebukawa sagde, at hun ser frem til at fortsætte undersøgelser af disse prøver på ALS og andre steder:"Vi kan finde flere variationer i organisk kemi."