В образцах астероида Бенну обнаружены сахара, «жвачка» и звездная пыль

Исследователи образцов астероида Бенну представили удивительные открытия: важные для биологии сахара, похожее на жевательную резинку вещество, которое ранее не встречалось в астроматериалах, и неожиданно большое количество пыли, образованной взрывами сверхновых.

Об этом сообщают в NASA, передают OstanniPodii.com.

Астероид Бенну продолжает давать ученым новые подсказки по важнейшим вопросам о формировании ранней Солнечной системы и происхождении жизни. В продолжение исследования нетронутых образцов, доставленных на Землю космическим аппаратом NASA OSIRIS-REx (расшифровывается в переводе как: Происхождение, спектральная интерпретация, идентификация ресурсов и безопасность — исследователь реголита), 2 декабря в журналах Nature Geosciences и Nature Astronomy опубликованы три новые статьи о необычайных открытиях.

Сахара, важные для жизни

Ученые под руководством Йошихиро Фурукавы из университета Тохоку в Японии обнаружили в образцах Бенну сахара, важные для биологии на Земле, и подробно описали свои выводы в журнале Nature Geoscience.

А именно, исследователи обнаружили пятиуглеродный сахар рибозу и, впервые во внеземной пробе, шестиуглеродную глюкозу.

Хотя эти сахара не являются доказательством существования жизни, их обнаружение, вместе с предыдущими обнаружениями аминокислот, нуклеотидов и карбоновых кислот в образцах Бенну, свидетельствует о том, что строительные блоки биологических молекул были широко распространены в Солнечной системе.

Для жизни на Земле сахара дезоксирибоза и рибоза являются ключевыми строительными блоками ДНК и РНК соответственно. ДНК является основным носителем генетической информации в клетках. РНК выполняет многочисленные функции, и жизнь, как мы ее знаем, не могла бы существовать без нее. Рибоза в РНК используется в сахарофосфатном «позвоночнике» молекулы, который соединяет цепочку нуклеотидов, несущих информацию.

«Все пять нуклеотидов, используемых для построения ДНК и РНК, а также фосфаты, уже были обнаружены в образцах Бенну, привезенных на Землю космическим аппаратом OSIRIS-REx», — рассказывает Фурукава. «Новое открытие рибозы означает, что все компоненты, необходимые для образования молекулы РНК, присутствуют в Бенну».

Открытие рибозы в образцах астероида не является полной неожиданностью. Ранее рибоза была обнаружена в двух метеоритах, найденных на Земле. Важным в образцах Бенну является то, что исследователи не обнаружили дезоксирибозы. Если Бенну является каким-то показателем, это означает, что в условиях ранней Солнечной системы рибоза могла быть более распространенной, чем дезоксирибоза. Исследователи считают, что наличие рибозы и отсутствие дезоксирибозы подтверждает гипотезу «мира РНК», согласно которой первые формы жизни использовали РНК как основную молекулу для хранения информации и обеспечения химических реакций, необходимых для выживания.

«Современная жизнь основана на сложной системе, организованной преимущественно тремя типами функциональных биополимеров: ДНК, РНК и белками», — объясняет Фурукава. «Однако ранняя жизнь, возможно, была проще. РНК является главным кандидатом на роль первого функционального биополимера, поскольку она может хранить генетическую информацию и катализировать многие биологические реакции».

Образцы с Бенну также содержали одну из самых распространенных форм «пищи» (или энергии), используемой жизнью на Земле, — сахар глюкозу, что является первым доказательством того, что важный источник энергии для жизни, как мы ее знаем, присутствовал и в ранней Солнечной системе.

Таинственная древняя «жвачка»

Вторая статья в журнале Nature Astronomy, опубликованная под руководством Скотта Сэнфорда из Исследовательского центра NASA имени Эймса в Кремниевой долине Калифорнии и Зака Гейнсфорта из Калифорнийского университета в Беркли, раскрывает наличие в образцах Бенну резиноподобного материала, которого ранее никогда не видели в космических породах — вещества, которое могло способствовать созданию на Земле условий для появления компонентов жизни. Это удивительное вещество, вероятно, образовалось в начале существования Солнечной системы, когда молодой астероид-предшественник Бенну нагрелся.

Когда-то мягкая и гибкая, но со временем затвердевшая, эта древняя «космическая резина» состоит из полимерных материалов, чрезвычайно богатых азотом и кислородом. Такие сложные молекулы могли стать химическими предшественниками, которые способствовали возникновению жизни на Земле, и их обнаружение в нетронутых образцах с Бенну важно для ученых, изучающих, как возникла жизнь и существует ли она за пределами нашей планеты.

Астероид-предок Бенну образовался из материалов солнечной туманности — вращающегося облака газа и пыли, которое дало начало Солнечной системе — и содержал различные минералы и льды. Когда астероид начал нагреваться под воздействием естественного излучения, в результате процесса, включавшего аммиак и углекислый газ, образовалось соединение под названием карбамат. Карбамат является водорастворимым, но он просуществовал достаточно долго, чтобы полимеризоваться, вступая в реакцию с собой и другими молекулами, образуя более крупные и сложные цепи, непроницаемые для воды. Это свидетельствует о том, что он образовался до того, как родительское тело нагрелось достаточно, чтобы стать влажной средой.

«Это странное вещество, вероятно, является одним из самых первых примеров изменения материалов, произошедшего в этой породе», — говорит Сэнфорд. «На этом примитивном астероиде, образовавшемся в начале существования Солнечной системы, мы наблюдаем события, близкие к самому началу начала».

С помощью инфракрасного микроскопа команда Сэнфорда отобрала необычные, богатые углеродом зерна, содержащие большое количество азота и кислорода. Затем они начали то, что Сэнфорд называет «кузнечным делом на молекулярном уровне», используя Молекулярную литейную в Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab) в Калифорнии. Нанося сверхтонкие слои платины, они укрепили частицу, приварили вольфрамовую иглу, чтобы поднять крошечное зерно, и соскоблили фрагмент с помощью сфокусированного пучка заряженных частиц.

Когда эта частица стала в тысячу раз тоньше человеческого волоса, они проанализировали ее состав с помощью электронной микроскопии в Молекулярной литейной и рентгеновской спектроскопии Усовершенствованного источника света (ALS) в Berkeley Lab. Высокое пространственное разрешение и чувствительные рентгеновские лучи ALS позволили провести беспрецедентный химический анализ.

«Мы поняли, что у нас есть нечто необычное, как только изображения начали появляться на мониторе», — рассказывает Гейнсфорт. «Это было нечто, чего мы никогда раньше не видели, и в течение нескольких месяцев мы были погружены в данные и теории, пытаясь понять, что это такое и как это могло появиться».

Команда провела ряд экспериментов для исследования свойств материала. По мере появления деталей, доказательства указывали на то, что странное вещество было отложено слоями на кристаллах льда и минералах, присутствующих в астероиде.

Оно также было гибким — эластичным материалом, похожим на использованную жвачку или даже мягкий пластик. Действительно, во время работы с образцами исследователи заметили, что странное вещество было гибким и образовывало ямки под давлением. Материал был полупрозрачным, а под воздействием излучения становился хрупким, как садовый стул, который простоял слишком много сезонов на солнце.

«Глядя на его химический состав, мы видим те же химические группы, что и в полиуретане на Земле, — говорит Сэнфорд, — что делает этот материал с Бенну чем-то вроде «космического пластика».

Однако древний материал астероида — это не просто полиуретан, который является упорядоченным полимером. Этот материал имеет больше «случайных, смешанных связей и состав элементов, который отличается от частицы к частице», — сказал Сэнфорд. Но это сравнение подчеркивает удивительную природу органического материала, обнаруженного в образцах астероида NASA, и исследовательская группа намерена изучить его более подробно.

Ища подсказки о том, что происходило давно, глубоко внутри астероида, ученые могут лучше понять молодую Солнечную систему — раскрыть предшественников и составляющие жизни, которые она уже содержала, и насколько далеко эти сырьевые материалы могли быть разбросаны благодаря астероидам, подобным Бенну.

Много пыли от сверхновых

В другой статье в журнале Nature Astronomy, опубликованной под руководством Энн Нгуен из Космического центра NASA имени Джонсона в Хьюстоне, были проанализированы досолнечные зерна — пыль от звезд, существовавших до нашей Солнечной системы, — обнаруженные в двух разных типах пород в образцах Бенну, чтобы узнать больше о том, где образовалось его материнское тело и как оно было изменено геологическими процессами. Считается, что досолнечная пыль была в целом хорошо перемешана во время образования нашей Солнечной системы.

Образцы содержали в шесть раз больше пыли от сверхновых, чем любой другой исследованный астроматериал, что свидетельствует о том, что родительское тело астероида образовалось в области протопланетного диска, обогащенной пылью от умерших звезд.

Исследование также показывает, что, хотя родительский астероид Бенну претерпел значительные изменения под воздействием жидкостей, в образцах все еще есть участки с менее измененными материалами, которые дают представление о его происхождении.

«Эти фрагменты содержат большее количество органического вещества и досолнечных силикатных зерен, которые, как известно, легко разрушаются под воздействием водных изменений в астероидах», — говорит Нгуен. «Их сохранение в образцах Бенну было неожиданностью и свидетельствует о том, что часть материала избежала изменений в материнском теле. Наше исследование показывает разнообразие досолнечных материалов, которые материнское тело накапливало во время своего формирования».

Космический центр NASA имени Годдарда обеспечивал общее управление миссией, системную инженерию, а также безопасность и обеспечение миссии OSIRIS-REx. Данте Лауретта из Университета Аризоны в Тусоне является главным исследователем. Университет возглавляет научную команду и планирует научные наблюдения и обработку данных миссии. Компания Lockheed Martin Space в Литлтоне, штат Колорадо, построила космический аппарат и обеспечила его эксплуатацию. Годдард и KinetX Aerospace отвечали за навигацию космического аппарата OSIRIS-REx. Кураторство OSIRIS-REx осуществляется в Космическом центре NASA им. Джонсона в Хьюстоне. Международные партнерства в этой миссии включают лазерный высотомер OSIRIS-REx от CSA (Канадского космического агентства) и научное сотрудничество с миссией Hayabusa2 JAXA (Японского агентства аэрокосмических исследований) по исследованию образцов астероидов. OSIRIS-REx — это третья миссия в рамках программы NASA «Новые границы», которой руководит Космический центр NASA имени Маршалла в Хантсвилле, штат Алабама, для Управления научных миссий агентства в Вашингтоне.