På många sätt är stjärnor skapelsens motorer. Deras energi driver en mängd processer som är nödvändiga för livet. Forskare trodde att stjärnstrålning behövs för att skapa föreningar som aminosyran glycin, en av livets byggstenar.
Men en ny studie har funnit att glycin upptäckts i kometer som bildades i det djupa interstellära rymden när det inte fanns någon stjärnenergi.
Vilka naturliga processer gav upphov till de byggstenar som gav upphov till liv? Den frågan driver mycket forskning. Vi vet att aminosyror som glycin är viktiga för livet, men forskarna saknar en fullständig förståelse för hur dessa byggstenar bildas.
Av de cirka 500 kända aminosyrorna är glycin den enklaste av dem och är en av de 20 aminosyrorna i den genetiska koden. Det är inte en av de essentiella aminosyrorna eftersom det kan syntetiseras i människokroppen.
Forskare har hittat glycin i koma av kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko, till exempel, och vid kometen Wild-2. Och på senare år har forskare upptäckt andra komplexa organiska molekyler (COM) i meteoriter. Men vår förståelse av hur komplexa molekylära byggstenar bildas är långt ifrån komplett. Och utan den förståelsen kommer vi aldrig att ta reda på hur livet började här på jorden.
Forskare upptäckte glycin i koma av kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko. På den här bilden visar Rosettas vetenskapliga kamera OSIRIS plötsligt uppkomsten av en väldefinierad jetliknande funktion som dyker upp från sidan av kometens hals, i Anuket-regionen. Bildkredit: ESA/Rosetta/OSIRIS
Kometer betraktas som uråldriga, ursprungliga föremål. De bildades direkt ur solnebulosan när planeterna och solen var på väg att bildas. Att hitta glycin i kometer innebär att det kan produceras utan direkt tillförsel av stjärnenergi. Detta har konsekvenser för hur utbredda dessa enklaste byggstenar kan vara, och möjligen hur sannolikt det är att liv uppstår.
Skapandet av glycin utan energi från en stjärna kallas 'mörk kemi.' Nu har ett team av forskare gjort laboratoriesimuleringar av insidan av mörka interstellära moln. Dessa simuleringar producerade metylamin, en föregångare till glycin, och visade sedan att glycin själv kan bildas.
'Mörk kemi betyder kemi utan behov av energisk strålning', säger Sergio Ioppolo från Queen Mary University i London. Ioppolo är huvudförfattare till en ny artikel som publicerades denna vecka iNatur astronomi. Artikeln heter ' En icke-energetisk mekanism för glycinbildning i det interstellära mediet .'
'I laboratoriet har vi simulerat förhållandena i mörka interstellära moln: 10-20 K (-263 C till -253 C) kalla dammpartiklar är täckta av tunna lager av riklig is - frusen CO, NH3, CH4 och H2O - och bearbetas därefter genom att påverka atomer som får prekursorarter att fragmentera och reaktiva intermediärer att rekombinera, säger huvudförfattaren Ioppolo i en pressmeddelande .
Konstnärsintryck av molekylen glycin tillsammans med mörka interstellära moln i labbet. (c) Harold Linnartz
Glycins prekursor metylamin upptäcktes i kometen 67Ps koma, tillsammans med glycin själv. En annan glycinprekursor, etylamin, upptäcktes också. I en papperstitel från 2019 ' Distribuerat glycin i kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko ' forskare drog slutsatsen att det observerade glycinet troligen kom från 'glycinmolekyler inbäddade i vattenis som emitteras från sublimeringen av denna is från dammpartiklarna som stöts ut från kärnan.' I denna nya studies labbprocess var vattenis avgörande för den slutliga bildningen av glycin.
Det huvudsakliga resultatet från denna studie är att glycin, en grundläggande byggsten i livet och den enklaste aminosyran, finns när planeter bildas, inbäddade i kometernas uris.
'Den viktiga slutsatsen från detta arbete är att molekyler som anses vara byggstenar i livet redan bildas i ett skede som är långt före starten av stjärn- och planetbildning', säger studiens medförfattare Harold Linnartz, chef för Laboratory for Astrophysics vid Leiden observatorium. 'En sådan tidig bildning av glycin i utvecklingen av stjärnbildande regioner innebär att denna aminosyra kan bildas mer allestädes närvarande i rymden och bevaras i huvuddelen av is innan den ingår i kometer och planetesimaler som utgör det material som i slutändan planeterna är gjorda.'
Denna siffra från studien kontrasterar dess resultat med tidigare forskning. De nya resultaten visar att glycin kan bildas på vattenrika, pre-stellära iskorn och inte kräver värme eller UV-energi. Bildkredit: Ioppolo et al, 2020.
Detta är ett klart annorlunda resultat än i vissa tidigare undersökningar. Tidigare arbete visade att UV-strålning var nödvändig för att glycin skulle bildas.
En av styrkorna med dessa labbsimuleringar är att de kan komprimera tid. En dags labbarbete kan vara en proxy för miljontals år i ett kallt, mörkt interstellärt moln. 'Ur detta finner vi att låga men betydande mängder glycin kan bildas i rymden med tiden', säger medförfattaren Herma Cuppen (Radboud University, Nijmegen), som var ansvarig för några av modelleringsstudierna som presenterades iNatur astronomioffentliggörande.
Glycin är en sann byggsten. Det kan leda till bildandet av mer komplexa molekyler, vilket innebär att även de kan bildas via mörk kemi.
'När det väl har bildats kan glycin också bli en föregångare till andra komplexa organiska molekyler', avslutar Sergio Ioppolo. 'Med samma mekanism kan i princip andra funktionella grupper läggas till glycinryggraden, vilket resulterar i bildandet av andra aminosyror, såsom alanin och serin i mörka moln i rymden.'
Murchison-meteoriten föll till jorden i Australien 1969. Den innehöll 15 aminosyror, inklusive glycin. Bildkredit: Av användare: Basilicofresco – Härlett arbete från Image:Murchison meteorite.jpg, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4301968
I sin uppsats sammanfattar forskargruppen sitt arbete: 'En tidig bildning av glycin i utvecklingen av stjärnbildande regioner innebär att glycin kan bildas mer allestädes närvarande i rymden och bevaras i huvuddelen av polarisarna innan det inkluderas i meteoriter och kometer under planetbildning i protoplanetära skivor som omger nyfödda stjärnor. När det väl har bildats kan prestellärt glycin också bli en föregångare till mer komplexa molekyler genom 'energetiska' och 'icke-energiska' ytreaktionsvägar.'
Det faktum att glycin kan bildas i det kalla mörkret i det interstellära rymden, innan någon interaktion mellan en planet och en stjärna, kan avsevärt förändra vår förståelse av livets uppkomst. Denna studie visar hur primära byggstenar lätt skapas på osannolika platser. Efter att ha skapats i urkroppar som kometer, levererades de så småningom till planeter som jorden.
'Slutsatsen är att glycin och möjligen andra byggstenar i livet förväntas vara närvarande åtminstone i den fasta fasen i många stjärnbildande miljöer inklusive de kallaste och tidigaste stadierna av solsystems bildning', skriver författarna.
Mer:
- Pressmeddelande: Glycin i rymden produceras av mörk kemi
- Ny forskning: En icke-energetisk mekanism för glycinbildning i det interstellära mediet
- Universum idag: Astronomer rapporterar att de har upptäckt aminosyraglycin i Venus atmosfär