Az élet furcsa aspektusa a földön - és valószínűleg az élet máshol a kozmoszban is - egy olyan tulajdonság, amely a vegyészek, a biológusok és az elméleti fizikusok egyaránt rejtvényei. Az élet mindegyik molekuláris építőeleme (aminosavak és cukrok) kettős - nem azonos, hanem egy tükörkép. Csakúgy, mint a jobb oldali tükrözi a baloldalt, de soha nem fér bele kényelmesen a balkezes kesztyűbe, az aminosavak és a cukrok mind a jobb, mind a bal változatban kaphatók. A biológiai alakválasztásnak ezt a jelenségét „királisságnak” hívják - a görög kézfogás miatt.
A Földön az élet jellemző aminosavai „balkezes” alakúak, és nem cserélhetők a jobbkezes doppelgängerre. Eközben az összes földi életre jellemző cukor „jobbkezes”. Az aminosavak és a cukrok ellentétes keretei léteznek az univerzumban, ám ezeket egyetlen ismert biológiai életforma nem használja fel. (Egyes baktériumok ténylegesen konvertálhatják a jobbkezes aminosavakat balkezes verziókká, de a jobbkezeket nem használhatják úgy, ahogy van.) Más szavakkal, mind a földi cukrok, mind az aminosavak homokirálisak: egykezes .
Több mint 4 milliárd évvel ezelőtt, amikor otthoni bolygónk tüzes és temperamentumos fiatalságában volt, mind a biológiai építőelemek, mind tükörvisszaverődésük jelen volt. Valójában manapság mindkettő még mindig létezik a Földön - csak az életben, ahogy azt mi ismerjük. Természetesen, ha laboratóriumban főz aminosavak, cukrok vagy prekurzormolekuláik főzését, akkor mindig kapsz egy 50-50 keveréket balról és jobbról. De valahogy, amint az élet a Föld kialakulását követő számtalan évezreden keresztül kialakult, csak a balkezes aminosavakat és a jobbkezes cukrokat választottuk.
Királis molekulákat már a csillagközi térben is megtaláltak. A Nemzeti Rádiós Csillagászati Megfigyelő Intézet által júniusban bejelentett mérföldkőbeli felfedezésben a tudósok molekulákat azonosítottak a galaxis közepén, amelyek felhasználhatók a jobb és a bal oldali cukrok előállításához. Még mindig nincsenek fogalmaik arról, hogy van-e több kéz, mint a másik, a lelet további kísérleteket indít elő, amelyek jobban megvilágíthatják a kézkészség eredetét.
A nagy kérdések továbbra is fennmaradnak: Hogyan és miért választott az élet a tükörvisszaverődések közül csak egyet az összes teremtmény felépítéséhez a férfiban? Szüksége van-e az élet homochiralitására az induláshoz, vagy létezhetnek-e olyan életformák, amelyek használják mind a földi építőelemeket, mind azok változó egóit? A homochiralitás magjai a csillagközi tér mélységéből származnak, vagy itt a Földön fejlődtek ki?
Az OSIRIS-REx fogalmi képe. (NASA / Goddard / Arizonai Egyetem) Jason Dworkin, aki a NASA Goddard űrrepülési központjának asterkémiai laboratóriumát vezette, a Maryland állambeli Greenbeltben, azt mondja, hogy az egyik kérdés a tudósok számára, akik megkísérelik megválaszolni ezeket a kérdéseket, az az, hogy „a korai Föld eltűnt, és nagyon-nagyon kevés bizonyítékunk van a milyen volt. ”Négy milliárd év vulkánkitörések, földrengések, meteorbombázások és természetesen az élet mély geológiai hatása annyira átalakította a bolygót, hogy szinte lehetetlen tudni, hogy néz ki a Föld mikor. kezdődött az élet. Ezért Dworkin kutatócsoportja és számos NASA kollégája a meteoritokra összpontosít - az űrhajók maradványaira, amelyek szilárd talajra vezetnek.
"Ezek 4, 5 milliárd évvel ezelőtti kapszulák" - mondja Dworkin. "Tehát az, amit a meteoritokban gyűjtünk, nagyon hasonló ahhoz, ami akkoriban esett a Földön."
Dworkin egyben a kormány kormányának tudósa is az OSIRIS-REx missziójában a Bennu közeli földi aszteroidához. A misszió, amely idén szeptemberben indul, körülbelül egy évet tölt az asteroid mérésével, hogy jobban megértse, hogyan mozog át a Naprendszerünk. Amikor az űrhajó ideje lejár a Bennu-val, összegyűjti a végső díjat: egy mintát az aszteroida felületéről, amelyet 2023-ban visszaküld a Földre, hogy a tudósok megvizsgálhassák annak kémiai összetételét. "Minden, amit teszünk, támogatja az egyik minta megszerzését" - mondja Dworkin.
A tudósok részben azért választották Bennu-t, mert hasonlít egy speciális meteorit-típushoz, amely érdekes (bár semmiképpen sem egyértelmű) utat ad a homochiralitás eredetére. Sok meteorit szén-alapú molekulákat tartalmaz, beleértve az aminosavakat és a cukrokat, amelyek éppen a megfelelő összetevők az élethez. Dworkin csoportja tucat meteoritban elemezte ezen „szerves” vegyületek összetételét, és meglepõ következtetésre jutott. Gyakran mind a bal, mind a jobb oldali változat, például egy aminosav, azonos mennyiségben található meg - pontosan az, ami várható. De sok esetben egy vagy több szerves molekulát találtak meg egy kézfelesleggel, néha nagyon nagy felesleggel. Ezen esetek mindegyikében és minden meteoritban, amelyet eddig a területen dolgozó más kutatók vizsgáltak, a fölösleges molekula a balkezes aminosav, amelyet kizárólag a Föld életében találunk.
Dworkin szerint a bennui minta még erősebb bizonyítékokat szolgáltathat e jelenségről. "Ellentétben a meteoritokkal, amelyek egyike a földre esik, majd szennyeződik, és kettő külön van a szülő testétől" - Bennu-val a tudósok pontosan tudni fogják, honnan jött a minta az aszteroidán. „Rendkívüli intézkedéseket” hoznak annak megerősítésére, hogy a Föld biológiájából semmi nem szennyezi a mintát. "Tehát amikor 2023-ban megkapjuk ezeket (remélhetőleg) az aminosavak feleslegét a Bennu mintában, biztosak lehetünk abban, hogy nem szennyeződésből származik" - mondja Dworkin.
A meteoritoktól eddig ismertetett bizonyítékok arra utalnak, hogy talán létezik olyan eszköz, amely élet nélkül képes létrehozni a homochiralitást. Dworkin azonban azt mondja: „Nem tudjuk, vajon a homochiralitáshoz és az élethez vezető kémia meteoritokból, a földi folyamatokból származik-e, vagy talán mindkettőből származik-e.” Még mindig felmerülő kérdés, hogyan és miért alakult ki ez a felesleg a a meteorit vagy annak aszteroida szülője, vagy a korai Földön.
Hipotézisek rengeteg. Például a galaxisunk oldalán található polarizált fény kis, de észrevehető mennyiségben elpusztíthatja sok aminosav jobbkezes verzióját. A balkezes aminosav enyhe feleslegét drasztikusan meg kell sokszorozni, hogy elérjék a Földön élő organizmusok szintjét.
Ez az amplifikációs folyamat érdekli Donna Blackmondot a Kaliforniai La Jolla Scripps Kutatóintézetében. Blackmond szinte teljes karrierje során tanulmányozta a homochiralitás potenciális kémiai eredetét. "Azt hiszem, ez kémiai és fizikai folyamatok valamilyen kombinációja lesz" - mondja. Blackmond csoportja jelenleg megpróbálja felfedezni, hogy a kémiai reakciók, amelyek a korai Földön bekövetkeztek, befolyásolhatták-e csak az élet építőelemeit. 2006-ban a csapata kimutatta, hogy csak egy aminosav bal oldali formáját képesek amplifikálni egy kis feleslegtől kezdve. 2011-ben megmutatták, hogy az amplifikált aminosav felhasználható az RNS prekurzorának hatalmas feleslegének előállítására, amelyet jobb oldali elõállítása egy hozzákapcsolt cukor által. (Az RNS-t sok tudós úgy gondolja, hogy az eredeti biológiai molekula.) Blackmond és sok más vegyész is előrelépést tett az ilyen típusú kémiában, ám még mindig távol van a lehetősége, hogy modellezzék az összes lehetséges vegyi anyagot és körülményt. egy aszteroidán vagy fiatalkorú bolygón.
Blackmond azt is megjegyzi, hogy egyáltalán nem világos, hogy az életnek teljes homochiralitásra van szüksége ahhoz, hogy elinduljon. "Az egyik igazi szélsõség azt mondani, hogy soha nem történhet meg mindaddig, amíg teljesen homokirális építőelemekkel nem rendelkezünk, és azt hiszem, hogy ez valószínûleg túl extrém" - mondja. „Megkezdhetjük az információs típusú polimerek gyártását” - hasonlóan a DNS-hez és az RNS-hez - „valószínűleg még akkor is, ha nem voltunk homochiralitásuk.” Most minden tudós megteheti, hogy kérdéseket tegyen fel mind a Földön, mind a körülvevő égi testek molekuláival kapcsolatban. A rejtvény egy újabb darabjának kinyitása érdekében a kutatók új technológiákat fejlesztenek ki annak meghatározására, hogy vannak-e egy kéz túlmutat a csillagközi térben.
Időközben a földi élet továbbra is rejtélyes és aszimmetrikus, mint valaha.
