En håndfuld kosmisk grus rummer måske svaret på livets største gåde
Japanske forskere har analyseret prøver fra asteroiden Ryugu og fundet et komplet sæt molekyler, uden hvilke ingen kendt organisme kan eksistere. Opdagelsen styrker teorien om, at livets grundlæggende byggeklodser ikke opstod på den unge Jord, men ankom hertil i maven på små kosmiske sten.
Ryugu er en lille asteroide, der kredser i nærheden af Jorden. Den måler cirka 900 meter i diameter og har en karakteristisk, let diamantformet profil. Set på afstand ligner den et enormt stykke mørkt grus med afrundede kanter. Alligevel er denne tilsyneladende uanseelige stenhob noget nær en tidskapsel – et af de ældste bevarede fragmenter af stof fra vores Solsystems tidligste periode.
Hayabusa2-missionen og dens historiske prøvetagning
I 2014 sendte det japanske rumfartsagentur rumsondern Hayabusa2 af sted mod asteroiden. Seks år senere sluttede missionen med fuldstændig succes. Sondens tog to små prøvesæt fra to forskellige steder på asteroidens overflade og leverede dem sikkert tilbage til Jorden. Hver prøve vejede blot 5,4 gram – mindre end en teskefuld sand.
Disse få gram mørkt grus har vist sig at være en af de mest værdifulde videnskabelige skatte i de seneste år. Siden 2020 har prøverne gennemgået en serie meget præcise analyser i sterile laboratorier. Målet var ikke blot at kortlægge stenkompositionen, men frem for alt at opdage organiske forbindelser med mulig forbindelse til livets oprindelse.
Hvilke molekyler udgør grundlaget for alt kendt liv
Enhver celle på Jorden benytter sig af to bemærkelsesværdige molekyler: DNA og RNA. Det er netop disse, der opbevarer og videregiver instruktioner til, hvordan en organisme skal bygges op. Man kan forestille sig dem som en håndbog, hvor teksten er skrevet med fem grundlæggende kemiske bogstaver – de såkaldte kvælstofbaser eller nukleobaser.
Disse fem er adenin, guanin, cytosin, thymin og uracil. Thymin forekommer i DNA, mens uracil findes i RNA. Tilsammen udgør disse molekyler grundlaget for den genetiske kode hos alle jordiske organismer, fra bakterier til mennesker.
Tidligere havde man formået at finde enkelte af disse stoffer i meteoritter og kosmiske støvprøver, typisk i sporemængder. Lejlighedsvis dukkede to eller tre op på samme tid. Men det komplette sæt, som svarer til det, vi kender fra biologien, manglede altid.
Et hold fra Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology undersøgte materiale fra Ryugu og stødte endelig på noget, der ændrer hele puslespillets skala. I prøverne optrådte alle fem nukleobaser samtidigt. Netop dette komplette sæt fik forskerne til at tale om et gennembrud – ikke blot endnu et interessant resultat.
Hvorfor thyminets tilstedeværelse ophidser forskerne så voldsomt
Den største begejstring skyldes fundet af thymin. Tidligere undersøgelser af Ryugu havde påvist uracil, hvilket passede fint med den populære forestilling om, at et langt enklere system baseret udelukkende på RNA muligvis opstod tidligere end DNA. Dette scenarie – den såkaldte RNA-verdens hypotese – antager, at de første livsformer benyttede kun ét molekyle, som både fungerede som genetisk hukommelse og kemisk redskab.
Thyminets tilstedeværelse i det samme urgamle materiale peger på noget langt mere dristigt. Hvis en bestanddel, der er typisk for DNA, naturligt kunne dannes i asteroidens iskolde, skyggelagte hulrum, kan sofistikerede genetiske systemer have eksisteret i kosmos længe inden den gæstfrie Jord tog form.
Sagt med andre ord: det materiale, vores celler anvender, kan have modnet i fjerne dele af Solsystemet, inden oceanerne og de første stabile kontinenter overhovedet opstod. Et komplet sæt nukleobaser i en enkelt håndfuld kosmisk støv antyder, at livets grundlæggende alfabet ikke er forbeholdt Jorden alene.
Forskere fra universiteter i Tokyo og Hiroshima understreger, at opdagelsen udgør et afgørende bevis for teorien om kemisk panspermie. Ifølge denne hypotese kan asteroider og kometer have spredt livets byggeklodser ud over hele Solsystemet.
Et tilsvarende fund fra asteroiden Bennu bekræfter resultaterne fra Ryugu
Forskerne gør opmærksom på, at Ryugu ikke er det eneste naturlige laboratorium af denne slags. Uafhængige hold, der har undersøgt prøver fra en anden asteroide, Bennu, har ligeledes rapporteret om fund af et komplet sæt nukleobaser. Det er et stærkt argument for, at vi har at gøre med en almindelig kemisk proces – ikke et enkelt exceptionelt tilfælde.
I praksis antyder det, at asteroidebeltet og Solsystemets ydre regioner husede hele lagre af stoffer, klar til at blive leveret til unge planeter. NASAs OSIRIS-REx-mission leverede prøver fra Bennu i 2023, og analyserne afslørede en overraskende lignende kemisk sammensætning.
Begge asteroider – Ryugu og Bennu – tilhører kategorien såkaldte carbonaceoide kondriter af type C. Disse mørke, kulstofrige objekter indeholder store mængder vand og organiske forbindelser og repræsenterer nogle af Solsystemets mest primitive legemer.
- Adenin fundet i en koncentration på flere mikrogram pr. gram materiale
- Guanin til stede i sammenlignelige mængder som adenin
- Cytosin påvist i spor, men målbare koncentrationer
- Thymin identificeret ved hjælp af massespektrometri
- Uracil bekræftet i begge prøvesæt fra forskellige steder på overfladen
- Aminosyrer, herunder glycin og alanin
- Enkle sukkerarter, der minder om ribose
- Lipidprekursorer, der er i stand til at danne membranlignende strukturer
Hvordan forskerne analyserer så sarte livsspor uden kontaminering
Den største udfordring for forskerne var renhed. Få gram materiale fra Ryugu kan meget let kontamineres af jordisk biologi – for eksempel fingeraftryk eller laboratoriestøv. Derfor foregik hele processen fra åbning af kapslen til kemisk analyse i specialkamre fyldt med ædel gas, og alt udstyr blev gentagne gange rengjort og kalibreret.
Til påvisning af nukleobaser anvendte forskerne avancerede metoder som kromatografi kombineret med massespektrometri. Disse teknikker gør det muligt at adskille og identificere selv meget komplekse blandinger af forbindelser ved at følge det karakteristiske massemæssige aftryk af hvert enkelt molekyle.
Forskerne måtte også skelne signalet fra asteroiden selv fra eventuelle jordiske kontaminationsspor. Dette blev gjort ved at sammenligne prøvesammensætningerne med kontaminationsrisikoen og ved at analysere forskellige materialefragmenter separat. Laboratorier i Japan anvendte til dette formål rene kamre med kontrolleret kvælstofatmosfære.
Forskere fra Tokyo Universitet understreger, at steriliseringsprotokollerne var strengere end dem, der blev brugt ved analyser af månestenseprøver fra Apollo-programmet. Hvert instrument gennemgik UV-bestråling og kemisk rensning med organiske opløsningsmidler.
Hvad andet gemmer grusen fra Ryugu ud over nukleobaser
Ud over nukleobaser fandt forskerne også andre organiske forbindelser i prøverne – herunder aminosyrer og molekyler, der ligner enkle fedtstoffer eller sukkerarter. Tilsammen danner dette det, forskerne beskriver som en kemisk suppe, der minder om, hvad der engang kan have fyldt de ældgamle oceaner.
Et sådant miljø fremmer dannelsen af stadigt mere komplekse molekylære systemer. Så snart betingelserne er til stede – flydende vand, energi fra Solen eller geotermiske reaktioner, passende temperaturinterval – kan der fra denne blanding opstå molekyler, der er i stand til at kopiere sig selv fra generation til generation.
Forskerne identificerede også polycykliske aromatiske kulbrinter i prøverne, som er almindelige i det interstellare medium. Disse forbindelser med seksatomige kulstofcirkler kan fungere som forstadier til mere komplekse organiske molekyler.
Materiale fra Ryugu indeholder desuden vandforandrede mineraler, hvilket tyder på, at asteroiden på et tidspunkt har haft flydende vand i visse områder. Forskere fra Kyoto Universitetet har opdaget hydratiserede silikater og karbonater, der kun dannes i tilstedeværelse af H₂O.
Hvad disse opdagelser betyder for søgningen efter liv i andre verdener
Hvis livets byggeklodser viser sig at være et naturligt produkt af kosmisk kemi, ophører vores eksistens med at se ud som en exceptionel undtagelse. Spørgsmålet rejser sig: hvor mange andre planeter i galaksen har modtaget tilsvarende pakker fra asteroider og kometer? I et sådant scenarie bliver jagten på biologiske spor på Mars, Jupiters måner eller i atmosfærerne på fjerne exoplaneter til noget langt mere end en interessant videnskabelig øvelse.
Ryugu og Bennu minder os om, at grænsen mellem død kemi og livets første stadier er hårfin. Små himmellegemer kan optræde som formidlere – de opbevarer materiale dannet i kolde regioner af det unge Solsystem og støder ind i voksende planeter, hvorved de forandrer disse planeters skæbne i milliarder af år.
Forskere fra NASA og den Europæiske Rumfartsorganisation planlægger yderligere missioner til asteroider, herunder Psyche og Didymos. Disse objekter kan levere yderligere beviser for fordelingen af organiske molekyler på tværs af Solsystemet. Astronomer, der undersøger exoplaneters spektre, søger efter lignende kemiske signaturer i atmosfærerne hos planeter, der kredser om fjerne stjerner.
For den almene læser kan det lyde abstrakt – men det kan udtrykkes enklere. Næste gang du kigger på en sten på en dansk strand, er det værd at huske, at dens mindste bestanddele – kulstof-, kvælstof- og fosforatomer – sandsynligvis begyndte deres rejse under forhold meget lig dem på Ryugu. En del af den kemi, der gør det muligt for dig overhovedet at tænke og læse, kan have dannet sig på en sådan mørk, roterende klump af grus, der engang kredsede langt fra Solen.
