הזיהוי של טריפטופן על האסטרואיד בנו זה הפך לאחד הממצאים הבולטים ביותר באסטרוביולוגיה האחרונה. לראשונה, חומצת אמינו חיונית מורכבת, הידועה בכינויה במזונות כמו הודו, מופיעה באופן משכנע בחומר מחוץ לכדור הארץ שנאסף ישירות ובתנאים כמעט נקיים.
התוצאה מגיעה מהדגימות שהמשימה OSIRIS-REx של נאס"א הוא הובא חזרה לכדור הארץ מבנו, אסטרואיד קטן סמוך הנחשב לקפסולת זמן של ממש של מערכת השמש הקדומה. התגלית לא רק מרחיבה את קטלוג התרכובות האורגניות שהתגלו מחוץ לכדור הארץ שלנו, אלא גם מחזקת את הרעיון ש... ניתן לייצר את המרכיבים הבסיסיים של החיים ולנוע בחלל הרבה לפני שכדור הארץ היה ראוי למגורים.
מהו בנו ומדוע אסטרואיד זה כה מעניין לאסטרוביולוגיה?
בנו הוא א אסטרואיד עשיר בפחמן בקוטר של כ-500 מטרים הוא חולף קרוב יחסית לכדור הארץ בערך כל שש שנים. כל הסימנים מצביעים על כך שמדובר ברסיס שהתנתק מגוף גדול יותר שהיה ממוקם במקור בחגורת האסטרואידים הראשית, בין מאדים לצדק, אשר נוצר לפני מיליארדי שנים.
ההרכב הכימי שלו שומר על עקבות של התהליכים שפעלו במערכת השמש הקדומהשרידים של סופרנובות עתיקות, מינרלים מיובשים, מלחים ותרכובות אורגניות שעברו שינוי לאורך זמן על ידי חום פנימי, הקרח המומס וקרינת שמש. עבור מדענים, לימוד בנו הוא כמו פתיחת חלון אל פרקים מוקדמים של ההיסטוריה הכימית של השכונה הקוסמית שלנו.
יתר על כן, נתוני מסלול מצביעים על כך בנו מתקרב שוב ושוב למסלול כדור הארץ ושלמרות שהסבירות נמוכה, קיימת אפשרות קטנה לפגיעה בסוף המאה ה-22. עניין זה במסלולו מוסיף לעניין המדעי בהרכבו, מה שמסביר מדוע הוא נבחר כמטרה למשימה מורכבת כמו OSIRIS-REx.
עבור אירופה, ובמיוחד עבור הקהילה המדעית הספרדית, בנו מייצג גם הזדמנות. חוקרים מ המכון לאסטרופיזיקה של האיים הקנריים ומרכזים אירופיים הם משתתפים בניתוח של תרכובות אורגניות דומות באזורים של יצירת כוכבים, ומקשרים בין מה שנראה במעבדה למה שמתגלה בחלל הבין-כוכבי.
משימת OSIRIS-REx: כיצד הושגו דגימות בנו
הבדיקה OSIRIS-Rex (ראשי תיבות של מקורות, פרשנות ספקטרלית, זיהוי משאבים ואבטחה) המריא עם מטרה ספציפית מאוד: געו בפני השטח של בנו, אספו רגולית והביאו אותו הביתה.לאחר מספר חודשי תמרון סביב האסטרואיד, החללית התקרבה באוקטובר 2020, ובאמצעות מגע קצר עם הזרוע הרובוטית שלה, לכדה אבק ושברי סלע.
בסך הכל, המשימה הושלמה 121,6 גרם של חומרכמות שיא עבור פרויקט מסוג זה. הקפסולה עם הדגימה נחתה על כדור הארץ בשנת 2023, ומשם החלה נאס"א לחלק מנות קטנות לצוותי מחקר ברחבי העולם, כולל קבוצות אירופאיות המתמחות בכימיה אורגנית מחוץ לכדור הארץ.
חלק מרכזי בהצלחה זו טמון באופן שבו הדגימה נשמרה. הרגולית לא עברה דרך אטמוספירת כדור הארץ כמו מטאוריטלכן, הוא לא עבר את החימום הקיצוני או השינויים הכימיים האופייניים לסלעי חלל הנופלים לכדור הארץ. הוא גם לא נחשף לאוויר או למים של כדור הארץ מעבר לפרוטוקולים מבוקרים ביותר.
עבור מומחי אסטרוביולוגיה, זה הופך את דגימות בנו חומר טהורכמעט נקי מזיהום. טוהר זה הוא המפתח כשמנסים לזהות מולקולות עדינות כמו טריפטופן, אשר נהרסות בקלות בתנאים קשים או מתבלבלות כזיהומים יבשתיים.
במקרה הספציפי של המחקר שבו זוהה טריפטופן, השבר שנותח היה זעיר: רק כ-50 מיליגרםאף על פי כן, רגישות המכשירים הייתה מספקת כדי לקבל אותות כימיים ברורים לכך שהיה שם משהו מעבר לחומצות האמינו שכבר היו ידועות.
כיצד זוהה טריפטופן בחומר של בנו
העבודה המדעית החדשה, שפורסמה בכתב העת הליכים של האקדמיה הלאומית למדעים (PNAS)הוא שילב שתי טכניקות משלימות כדי לבחון את מערך התרכובות האורגניות הקיימות בשברים שונים של האסטרואיד. המטרה הייתה ליצור תמונה מלאה ככל האפשר של הכימיה הפנימית של בנו.
מצד אחד, זה יושם פירוליזה בזקשיטה זו מחממת את החומר במהירות רבה, ומשחררת גזים ותרכובות שנלכדו בסלע. לאחר מכן, מולקולות אלו מזוהות על ידי טביעת האצבע שלהן בכרומטוגרמה ובספקטרום מסות, משהו כמו זיהוי כימי.
מצד שני, נעשה שימוש בטכניקות כדי כימיה רטובהטכניקות אלו נועדו לפרק ולשנות מעט מולקולות אורגניות על מנת לשחזר את המבנה והתצורה שלהן. אסטרטגיה זו שימושית במיוחד להבחנה בין סוגים שונים של חומצות אמינו ולגילוי תרכובות הקיימות בכמויות זעירות.
על ידי הצלבת תוצאות שתי הגישות, הצוות מצא קטלוג של תרכובות אורגניות העולות בקנה אחד עם מחקרים קודמים של מטאוריטים עשירים בפחמן, אך עם פרט חדש: אותות חלשים אך עקביים המצביעים על חומצת האמינו החמש עשרה על בנו, טריפטופן. עד כה, חומצת אמינו זו מעולם לא דווחה באופן אמין במטאוריטים או בדגימות אחרות שהוחזרו מהחלל.
החוקרים מתעקשים שלמרות שרמת הביטחון גבוהה, עדיין נדרש ניתוח נוסף. עם פרוטוקולי ניקוי מחמירים אף יותר כדי לשלול באופן סופי כל זכר לזיהום יבשתי. אבל העקביות של האותות בניסויים שונים וטוהר הדגימות מובילים מומחים רבים לראות בממצא מוצק מאוד.
מדוע טריפטופן כה חשוב בהקשר זה?
טריפטופן הוא אחד מהם 20 חומצות אמינו המשמשות את החיים על פני כדור הארץ לייצור חלבונים, ושייך לקבוצה המכונה חומצות אמינו חיוניות, אלו שגופנו אינו יכול לסנתז ולכן עלינו להשיג דרך המזון.
מנקודת מבט כימית, זהו אחד ה... חומצות אמינו מורכבות יותרעם טבעת ארומטית המשתתפת בתגובות מפתח ועוזרת לייצב את המבנה של חלבונים רבים. יתר על כן, זהו חומר מקדים למולקולות כגון סרוטונין, הקשורים למצב רוח ולשינה, מה שהזין את הקשר הפופולרי בין תרנגול הודו לחג לבין נמנום.
מציאת טריפטופן, אפילו בכמויות זעירות, מצביעה על כך ש... הכימיה שהתרחשה בגופים קטנים כמו בנו הצליחה לייצר רפרטואר רחב מאוד של חומצות אמינו.לא מוגבל לפשוטות ביותר. על פני כדור הארץ, חומצות אמינו מורכבות אלו הן בסיסיות לתפקוד התא ולמגוון החלבונים.
עד לתוצאה החדשה הזו, חקירות על בנו כבר אישרו את נוכחותו של 14 חומצות אמינו המשמשות אורגניזמים חייםבנוסף לחמשת הנוקלאובסיסים של DNA ו-RNA, הוספת טריפטופן מעלה ל-15 את מספר חומצות האמינו היוצרות חלבונים שהתגלו על האסטרואיד, וזה, מנקודת מבט אסטרוביולוגית, צעד משמעותי.
מספר מומחים, ביניהם אסטרוכימאים במרכז טיסות החלל גודארד ומדענים ממוסדות אירופאים מדגישים כי ממצא מסוג זה מחזק את ההשערה ש אבני הבניין של החיים נוצרו באופן טבעי בסביבות מרחביות רבות ושונותולא אך ורק על פני כדור הארץ שלנו.
אסטרואיד מגוון כימי: מים, מלחים וחומר אורגני
ניתוח הדגימות הראה שבנו רחוק מלהיות עצם הומוגני. הפרופורציות של תרכובות אורגניות מסיסות ולא מסיסות משתנות מאבן אחת לאחרת, דבר המצביע על כך שהגוף המקורי שממנו צמח האסטרואיד עבר תהליכים גיאולוגיים פנימיים שונים.
הנתונים מצביעים על כך שבתוך גוף ההורים הזה מים נוזליים זרם לא אחידיצירת שינוי מימי הטרוגני. באזורים מסוימים נוצרו סוגים מסוימים של מינרלים ומלחים מיובשים, בעוד שבאחרים שלטו פחמימנים מורכבים יותר, כגון פחמימנים ארומטיים רב-ציקליים.
תערובת זו של מלחים, אמוניה, מינרלים וחומר אורגני זה דומה למה שנצפה בכונדריטים פחמניים, סוג של מטאוריט שנחקר בהרחבה במעבדות אירופאיות. ההבדל הוא שדגימות בנו מגיעות ללא צלקות של חדירת אטמוספירה, ובכך משמרים רכיבים שבירים שבדרך כלל נעלמים במטאוריטים.
חוקרים המעורבים במשימה מדגישים כי גוף האם של בנו בוודאי היה עולם גיאולוגי קטן ופעיל.עם מספר מערכות נוזליות הפועלות בזמנים ובמקומות שונים, כל אחת מהן מניעה את הכימיה שלה. בנו היה אמור לרשת ולשמר חלק מפסיפס הסביבות הזה.
אם אזורים שונים של אותו אסטרואיד מציעים מיקרו-סביבות כימיות מגוונותהסבירות גוברת שמולקולות מורכבות יותר ויותר יתאספו בחלקן. עבור האסטרוביולוגיה האירופית, תרחיש זה מתאים היטב לרעיון שגופים קטנים במערכת השמש היו "מעבדות" כימיות של ממש במשך מאות מיליוני שנים.
חומצות אמינו שמאליות וימניות: מה שבנו מספר לנו על הכיראליות של החיים
אחד ההיבטים המוזרים ביותר של חומצות האמינו המצויות בבנו הוא ש... הם מופיעים בתערובות רסמיותכלומר, עם כמויות דומות של גרסאות "שמאליות" (L) ו"ימניות" (D). למרות שהנוסחה הכימית זהה, הסידור המרחבי הוא תמונת מראה, דבר שיש לו השלכות חשובות בביולוגיה.
על פני כדור הארץ, החיים משתמשים כמעט אך ורק ב גרסה שמאלית (L) של חומצות אמינו לבנות חלבונים, אסימטריה שנותרה אחת החידות הקלאסיות של מקור החיים. העובדה שדגימות בנו מראות תערובת מאוזנת של L ו-D מרמזת על כך העדפה ביולוגית זו לא הוטל מלכתחילה בגלל הכימיה של מערכת השמש.
אלא, הכל מצביע על כך ש בחירה של "צד" אחד זה התרחש בשלבים מאוחרים יותר, אולי על כדור הארץ עצמו, תחת תנאים פיזיקליים או סביבתיים ספציפיים מאוד. רמז מסוג זה מעניין במיוחד עבור קבוצות אירופאיות המדגמות את מקור ההומוצירליות במערכות פרה-ביוטיות.
בכל מקרה, נוכחותן של תערובות רסמיות על בנו מחזקת את הרעיון שלפני שהחיים הופיעו כפי שאנו מכירים אותם, קטלוג המולקולות הזמינות היה ניטרלי הרבה יותר. מנקודת מבט של כיראליות, האסימטריה, אם כן, יכולה להיות תוצאה של תהליכים מקומיים ולא מאפיין גלובלי של הסביבה המרחבית.
למי שתוהה מהן ההשלכות של זה על החיפוש אחר חיים מעבר לכדור הארץ, הפרשנות ברורה: איננו יכולים להניח שעולמות אחרים ישתמשו בדיוק באותו "צד" מולקולרי. שהביולוגיה שלנו, למרות שהם חולקים את אותם סוגים בסיסיים של מולקולות אורגניות.
אסטרואידים כשליחים: האם החיים היו יכולים להגיע לכדור הארץ כשהם רכובים על גבם של בנו וקרוביו?
במשך עשרות שנים, קבוצות מחקר שונות עבדו עם השערה מרמזת: ש... אסטרואידים ושביטים שימשו ככלי תובלה של תרכובות פרה-ביוטיות לכדור הארץ הקדום. התוצאות החדשות מבנו מוסיפות משקל נוסף לרעיון זה.
העובדה שהם נמצאו על האסטרואיד הזה חומצות אמינו, נוקלאובאזים, אמוניה ומיםכל זה, בסביבה המשמרת עקבות של מי מלח עתיקים, מתאים היטב לתרחיש של "משלוח קוסמי" של מרכיבים מרכזיים לכימיה של החיים.
מחקרים קודמים על גופים אחרים, כמו האסטרואיד ריוגו דגימות מהמטאוריט בנו - שדגימותיו הוחזרו על ידי סוכנות החלל היפנית - ומטאוריטים פחמניים רבים שנחקרו במעבדות באירופה ובארצות הברית כבר הראו נוכחות של חומצות אמינו שונות. בנו, לעומת זאת, מספק רפרטואר עשיר יותר ומשומר טוב יותר.
ישנם מומחים שתיארו את הגופים הקטנים הללו כ- "שירות משלוחים" של מולקולות שהפציצו את פני כדור הארץ במהלך מאות מיליוני שנותיו הראשונות. במהלך תקופה זו, כמויות גדולות של תרכובות אורגניות הצליחו להצטבר באוקיינוסים, בריכות ומשטחים סלעיים, מה שאפשר תגובות מורכבות יותר ויותר.
מנקודת מבטו של המחקר האירופי, לתפיסה זו השלכות ברורות על חקר כוכבי לכת חיצוניים ומערכות פלנטריות צעירות: אם הכימיה הטבעית של החלל מייצרת באופן שגרתי את אותן אבני בניין המשמשות את החיים על פני כדור הארץ.סביר להניח שתהליכים דומים עשויים להתרחש בחלקים אחרים של הגלקסיה.
קשרים עם תצפיות בעננים בין-כוכביים ובאזורים של יצירת כוכבים
גילוי הטריפטופן על בנו קשור לעבודה המתבצעת באירופה בתחום האסטרונומיה של אינפרא אדום וגלי מילימטר. צוותים מ... המכון לאסטרופיזיקה של האיים הקנריים ומוסדות אחרים הם זיהו חתימות טריפטופן באזורים של יצירת כוכבים, כמו הקומפלקס המולקולרי של פרסאוס.
באזור המכונה IC348לדוגמה, קווי פליטה התואמים לחומצת אמינו זו התגלו בנתוני טלסקופ חלל, דבר המצביע על כך מולקולות מורכבות כבר נוצרות בענני גז ואבק הרבה לפני שמערכות פלנטריות בוגרות צצות.
שאותו סוג של מולקולה מופיע בשניהם סביבות בין-כוכביות רחוקות נוכחותן של חומצות אמינו על אסטרואיד קרוב לכדור הארץ כמו בנו תומכת ברעיון של יקום פורה מבחינה כימית. סביבה יוצאת דופן לא תהיה הכרחית להופעת חומצות אמינו חיוניות; התנאים המתרחשים באופן טבעי בעננים מולקולריים ובגופים עשירים בקרח ופחמן יספיקו.
עבור הקהילה המדעית האירופית, תוצאות אלו מהוות תמריץ ל חיפוש אחר חומצות אמינו ותרכובות פרה-ביוטיות אחרות באזורים שונים של שביל החלב. ככל שיצטברו יותר דוגמאות, כך יהיה קשה יותר לטעון שכדור הארץ הוא אנומליה כימית.
השילוב של ניתוח מעבדתי של דגימות בנו בעזרת תצפיות אסטרונומיות מטלסקופים הממוקמים באיים הקנריים, צ'ילה או בחלל, הוא מציע מבט משולב: מהענן הבין-כוכבי ועד לכוכב הלכת הראוי למגורים, דרך אסטרואידים המתפקדים כשלבי ביניים.
תפקידן של אירופה וספרד במחקר בנו ותרכובות פרה-ביוטיות
למרות שמשימת OSIRIS-REx מובלת על ידי נאס"א, השתתפות אירופאית בניתוח חשיבותן של הדגימות וההקשר האסטרופיזי שלהן היא ניכרת. מכונים בצרפת, גרמניה, איטליה, בריטניה וספרד משתפים פעולה בחקר מינרלים, תרכובות אורגניות וחתימות ספקטרליות הקשורות לתרכובות שהתגלו על האסטרואיד.
בספרד, מרכזים כמו מכון האסטרופיזיקה של האיים הקנריים אוניברסיטאות המתמחות בקבוצות אסטרוכימיה וגיאולוגיה פלנטרית עוקבות מקרוב אחר התוצאות הללו, תוך התבססות על ניסיונן הקודם בחקר מטאוריטים ואנלוגים של רגוליטיםלמרות שרוב החומר מבנו מנותח בארצות הברית, הנתונים המתקבלים משותפים בעולם.
יתר על כן, אירופה מקדמת משימות חקירה והחזרת דגימות משלה, כגון... משימה יפנית-אירופית MMX לירחי מאדים או לתוכניות של סוכנות החלל האירופית (ESA) להביא חומר ממאדים בחזרה לכדור הארץ בשיתוף פעולה עם נאס"א. הניסיון שנצבר עם בנו ישמש כמדריך לתכנון פרוטוקולים לאיסוף ושימור תרכובות שבירות.
עבור אזרחי אירופה, ההתקדמות הזו אינה רק כותרות על אסטרואיד אקזוטי: היא מזינה מחקר בכימיה, פיזיקה וביולוגיה אשר מתורגמים לאחר מכן לטכניקות אנליטיות חדשות, שיפורים במכשור והכשרת מומחים בתחומים מתקדמים.
בהקשר החינוכי וההסברה, סיפורו של טריפטופן בבנו מציע דוגמה קונקרטית וניתנת להסבר כיצד נחקר מקור החיים מאירופה, עם צוותים שעובדים זה לצד זה עם עמיתים מיבשות אחרות על נושא שבעומק ליבנו מאתגר את כולנו: מאיפה אנחנו באים ואיזה מקום אנחנו תופסים בקוסמוס.
מה שנותר לגלות על בנו וטריפטופן
למרות הכותרת המרגשת, החוקרים עצמם מתעקשים לשמור על מידה מסוימת של זהירות. הצעד הבא יהיה לאשר באופן עצמאי את נוכחותו של טריפטופן באמצעות ניתוחים חדשים של שברים אחרים של הדגימה, תוך שימוש בשיטות תובעניות אף יותר מבחינת בקרת מזהמים.
יתר על כן, קיים מאמץ מתמשך ל כדי למפות טוב יותר את הגיוון הפנימי של בנולפרט אילו מינרלים, מלחים וסוגים של חומר אורגני מופיעים יחד ואילו רמזים הם נותנים לגבי התנאים הפיזיים (טמפרטורה, לחץ, נוכחות מים) שבהם הם נוצרו.
מדענים משווים גם את התוצאות הללו עם מה שנצפה בגופים אחרים, כמו ריוגו ומטאוריטים מסוימים, כדי לראות אם "התפריט" של חומצות אמינו ונוקלאובסיסים שנמצאו על בנו הוא יוצא דופן או מייצג נורמה בקרב אסטרואידים עשירים בפחמן.
חלק ניכר מהחומר שיוחזר על ידי OSIRIS-REx יישמר לטווח ארוך במתקנים ייעודיים, עד טכניקות ניתוח שעדיין לא קיימותהניסיון עם דגימות ירח ממשימות אפולו, אשר עשרות שנים לאחר מכן ממשיך להניב הפתעות הודות לכלים חדשים, מצביע על כך שבנו ימשיך לספק נתונים במשך שנים רבות.
למרות שעדיין אין לנו את כל התשובות, התמונה שמצטיירת היא של יקום המסוגל לייצר ולפזר בכל מקום את המרכיבים הכימיים של החייםמה שמשאיר את כוכבי הלכת עם המשימה של ארגון המרכיבים הללו למערכות ביולוגיות מורכבות יותר ויותר.
מה ה סלעים כהים מה שיש לבנו להציע הוא שהגבול בין הכימיה ה"דוממת" של החלל לבין בִּיוֹכִימִיָה המבנה שמקיים יצורים חיים פחות ברור משחשבנו; עם טריפטופן וחומצות אמינו אחרות שנעות על אסטרואידים, כדור הארץ בוודאי קיבל אספקה שופעת של אבני בניין מולקולריותוייתכן שההוראה המוקדמת הזו עשתה את כל ההבדל בדרך הארוכה שהובילה מתרכובות אורגניות פשוטות למגוון החיים שאנו מכירים כיום.
