Asteroide tidskapsler kan hjælpe med at forklare, hvordan livet startede på Jorden

I populærkulturen, asteroider spiller rollen som apokalyptisk trussel, få skylden for at udslette dinosaurerne - og tilbyde en udenjordisk kilde til mineraludvinding.

Men for forsker Nicholas Hud, asteroider spiller en helt anden rolle:tidskapslernes viser, hvilke molekyler der oprindeligt fandtes i vores solsystem. At have den information giver forskerne det udgangspunkt, de har brug for for at rekonstruere den komplekse vej, der fik livet i gang på Jorden.

Direktør for NSF-NASA Center for Chemical Evolution ved Georgia Institute of Technology, Hud siger, at det at finde molekyler i asteroider giver det stærkeste bevis på, at sådanne forbindelser var til stede på Jorden, før liv blev dannet. At vide, hvilke molekyler der var til stede, hjælper med at etablere de begyndelsesbetingelser, der førte til dannelsen af ​​aminosyrer og relaterede forbindelser, på tur, kom sammen for at danne peptider, små proteinlignende molekyler, der kan have sat gang i livet på denne planet.

"Vi kan se på asteroiderne for at hjælpe os med at forstå, hvilken kemi der er mulig i universet, " sagde Hud. "Det er vigtigt for os at studere materialer fra asteroider og meteoritter, de mindre versioner af asteroider, der falder til Jorden, at teste validiteten af ​​vores modeller for, hvordan molekyler i dem kunne have været med til at give liv. Vi er også nødt til at katalogisere molekylerne fra asteroider og meteoritter, fordi der kan være forbindelser der, som vi ikke engang havde betragtet som vigtige for at starte liv."

Hud vil være paneldeltager ved en pressebriefing "Asteroids for Research, Opdagelse, and Commerce" den 17. februar ved årsmødet 2018 i American Association for the Advancement of Science (AAAS) i Austin, Texas. Han vil også være en del af en session den 18. februar om emnet, "Søger identiteten og oprindelsen af ​​livets første polymerer."

NASA-forskere har analyseret forbindelser fundet i asteroider og meteoritter i årtier, og deres arbejde giver en solid forståelse for, hvad der kunne have været til stede, da Jorden selv blev dannet, siger Hud.

"Hvis du modellerer en præbiotisk kemisk reaktion i laboratoriet, Forskere kan skændes om, hvorvidt du havde de rigtige udgangsmaterialer eller ej, " sagde Hud. "Detektion af et molekyle i en asteroide eller meteorit er omtrent det eneste bevis, som alle vil acceptere for, at det molekyle er præbiotisk. Det er noget, vi virkelig kan læne os op ad."

Miller-Urey eksperimentet, udført i 1952 for at simulere forhold, der menes at have eksisteret på den tidlige Jord, produceret mere end 20 forskellige aminosyrer, organiske forbindelser, der er byggestenene til peptider. Eksperimentet blev startet af gnister inde i en kolbe indeholdende vand, metan, ammoniak og brint, alle materialer, der menes at have eksisteret i atmosfæren, da Jorden var meget ung.

Siden Miller-Urey eksperimentet, videnskabsmænd har demonstreret gennemførligheden af ​​andre kemiske veje til aminosyrer og forbindelser, der er nødvendige for livet. I Huds laboratorium, for eksempel, forskere brugte cyklusser med skiftende våde og tørre forhold til at skabe komplekse organiske molekyler over tid. Under sådanne forhold, aminosyrer og hydroxysyrer, forbindelser, der adskiller sig kemisk med kun et enkelt atom, kunne have dannet korte peptider, der førte til dannelsen af ​​større og mere komplekse molekyler - i sidste ende udviser egenskaber, som vi nu forbinder med biologiske molekyler.

"Vi har nu en rigtig god måde at syntetisere peptider med aminosyrer og hydroxysyrer, der arbejder sammen, som kunne have været almindelige på den tidlige Jord, " sagde han. "Selv i dag, hydroxysyrer findes med aminosyrer i levende organismer - og i nogle meteoritprøver, der er blevet undersøgt."

Hud mener, at der er mange mulige måder, hvorpå livets molekyler kunne have dannet sig. Livet kunne være kommet i gang med molekyler, der er mindre sofistikerede og mindre effektive end det, vi ser i dag. Ligesom selve livet, disse molekyler kunne have udviklet sig over tid.

"Det, vi finder, er, at disse forbindelser kan danne molekyler, der ligner moderne peptider meget, undtagen i rygraden, der holder enhederne sammen, " sagde Hud. "Den overordnede struktur kan være meget ens og ville være lettere at lave, selvom det ikke har evnen til at folde sig ind i så komplekse strukturer som moderne proteiner. Der er en afvejning mellem enkelheden ved at danne disse molekyler og hvor tæt disse molekyler er på dem, der findes i nutidens liv."

Geologer mener, at Jorden var meget anderledes for milliarder af år siden. I stedet for kontinenter, der var øer, der stak ud af havene. Selv solen var anderledes, producerer mindre lys, men flere kosmiske stråler - hvilket kunne have været med til at drive de proteindannende kemiske reaktioner.

"Øerne kunne have været potentielle inkubatorer for livet, med molekyler, der regner ned fra atmosfæren, " sagde Hud. "Vi tror, ​​at nøgleprocessen, der ville have gjort det muligt for disse molekyler at gå til næste fase, er en våd-tør-cykling, som det, vi laver i laboratoriet. Det ville have været perfekt til en ø ude i havet."

I stedet for en enkelt livsgnist, molekylerne kunne have udviklet sig langsomt over tid i gradvis progression, der kan have fundet sted med forskellige hastigheder forskellige steder, måske samtidig. Forskellige komponenter i celler, for eksempel, kan have udviklet sig separat, hvor forholdene begunstigede dem, før de i sidste ende kom sammen.

"Der er noget helt særligt ved peptider, nukleinsyrer, polysaccharider og lipider og deres evne til at arbejde sammen for at gøre noget, de ikke kunne have gjort hver for sig, " sagde han. "Og der kunne have været et hvilket som helst antal kemiske processer på den tidlige Jord, som aldrig førte til liv."

At vide, hvordan forholdene var på den tidlige Jord, giver derfor forskerne et stærkere grundlag for at antage, hvad der kunne have fundet sted, og kunne give hints til andre veje, som måske ikke er blevet overvejet endnu.

"Der er sandsynligvis mange flere spor i asteroiderne om, hvilke molekyler der virkelig var der, " sagde Hud. "Vi ved måske ikke engang, hvad vi skal lede efter i disse asteroider, men ved at se på hvilke molekyler vi finder, vi kan stille andre og flere spørgsmål om, hvordan de kunne have hjulpet med at få livet i gang."