Един от най-странните аспекти на живота на Земята - и вероятно животът другаде в Космоса - е характеристика, която озадачава химиците, биолозите и теоретичните физици. Всеки от молекулните градивни елементи на живота (аминокиселини и захари) има близнак - не идентичен, а огледален образ. Точно както дясната ви огледала лявата ви ръка, но никога няма да се побере удобно в лявата ръкавица, аминокиселините и захарите се предлагат както в дясната, така и в лявата версия. Този феномен на подбор на биологична форма се нарича „хиралност“ - от гръцки за предаване.
На Земята аминокиселините, характерни за живота, са с лява ръка и не могат да бъдат заменени с десния си доппелгангер. Междувременно всички захари, характерни за живота на Земята, са „десни”. Противоположни ръце както за аминокиселини, така и за захари съществуват във Вселената, но те просто не се използват от никоя известна биологична форма на живот. (Някои бактерии всъщност могат да конвертират десни аминокиселини в лявата версия, но не могат да използват десни, както е.) С други думи, и захарите, и аминокиселините на Земята са хомохирални: с една ръка,
Преди повече от 4 милиарда години, когато нашата родна планета беше в своята огнена и темпераментна младост, присъстваха както биологичните градивни елементи, така и техните огледални отражения. Всъщност и до днес и двамата съжителстват на Земята - просто не в живота, както го познаваме. Със сигурност, ако готвите партида аминокиселини, захари или техните молекули-предшественици в лаборатория, винаги ще получите 50-50 смес отляво и отдясно. Но по някакъв начин, тъй като животът се заражда в безброй хилядолетия, които следват образуването на Земята, се избират само леви аминокиселини и десни захари.
Хиралните молекули дори са намерени в междузвездното пространство. В забележително откритие, обявено от Националната обсерватория за радиоастрономия този юни, учените идентифицират молекули в центъра на галактиката, които могат да бъдат използвани за конструиране на дясна и лява захар. Въпреки че те все още нямат представа дали има повече от едната ръка от другата, находката поставя основата за по-нататъшни експерименти, които биха могли да осветят повече за произхода на предаването.
Големите въпроси все още остават: Как и защо животът избра само едно от две огледални отражения, за да конструира всяко едно същество в нейната менажерия? Животът изисква ли хомохиралност, за да започне, или могат да съществуват форми на живот, които използват както земните градивни елементи, така и техните алтернативни его? Дали семената на хомохиралността са възникнали в дълбините на междузвездното пространство, или са се развили тук, на Земята?
Идейно изображение на OSIRIS-REx. (НАСА / Годард / Университет в Аризона) Джейсън Дворкин, който ръководи лабораторията по астрохимия в Центъра за космически полети на Годард на НАСА в Грийнбелт, Мериленд казва, че едно от предизвикателствата пред учените, които се опитват да отговорят на тези въпроси, е, че „ранната Земя е изчезнала и имаме редица много, много оскъдни доказателства за това какво е било. ”Четири или повече милиарда години вулканични изригвания, земетресения, метеорни бомбардировки и, разбира се, дълбокото геологично влияние на самия живот така са преобразили планетата, че е почти невъзможно да се разбере как изглежда Земята, когато животът започна. Ето защо изследователската група на Дворкин и много от неговите колеги в НАСА се съсредоточават върху метеоритите - останките от космически отломки, които намират пътя си до солидна основа.
„Това са капсули във времето от преди 4, 5 милиарда години“, казва Дворкин. „Така че това, което сега събираме в метеорити, е много подобно на онова, което валеше на Земята тогава.“
Дворкин е и водещият правителствен учен по време на мисията OSIRIS-REx към близкоземния астероид, Bennu. Мисията, която стартира този септември, ще прекара около година, като прави измервания на астероида, за да разберем по-добре как се движи през нашата Слънчева система. Когато времето на космическия кораб с Bennu изтече, той ще събере последната награда: проба от повърхността на астероида, която ще го върне на Земята през 2023 г., за да могат учените да проучат химичния й състав. „Всичко, което правим, подкрепя получаването на тази една проба“, казва Дворкин.
Учените избраха Bennu отчасти поради приликата му със специален тип метеорит, който предоставя интригуваща (макар и в никакъв случай не категорична) улика за произхода на хомохиралността. Много метеорити съдържат молекули на въглеродна основа, включително аминокиселини и захари, които са само правилните съставки за живота. Групата на Дворкин анализира състава на тези „органични“ съединения в десетки метеорити и стигна до изненадващо заключение. Често както лявата, така и дясната версия на, например, на аминокиселина, са намерени в равни количества - точно това, което може да се очаква. Но в много случаи една или повече органични молекули бяха открити с излишък от една ръка, понякога много голям излишък. Във всеки от тези случаи и във всеки метеорит, проучен досега от други изследователи в областта, молекулата в излишък е лявата аминокиселина, която се намира изключително в живота на Земята.
Дворкин казва, че извадката от Bennu може да даде още по-силно доказателство за това явление. „За разлика от метеоритите, които, едното, падат на земята и се замърсяват и, две, са отделни от тялото на родителя си“, с Bennu, учените ще знаят точно от къде е произведен пробата от астероида. Предприемането на „извънредни мерки“ потвърждава, че нищо от биологията на Земята не може да замърси пробата. „Така че, когато получим тези (надяваме се) излишъци на аминокиселини върху пробата Bennu през 2023 г., можем да сме сигурни, че това не е от замърсяване“, казва Дворкин.
Досегашните доказателства от метеорити предполагат, че може би има начин да се създаде хомохиралност без живот. Въпреки това Дворкин казва: „Не знаем дали химията, която води до хомохиралност и живот, идва от метеорити, от процеси на земята или може би и от двете.“ Все още съществува въпросът как и защо се е развил този излишък в метеорита или неговия родител на астероиди или на ранната Земя на първо място.
Хипотезите изобилстват. Например, поляризирана светлина, намираща се от нашата страна на галактиката, може да унищожи десния вариант на много аминокиселини с малко, но забележимо количество. Лекият излишък на лявата аминокиселина би трябвало драстично да се усили, за да стигне до нивата, открити в живите организми на Земята.
Именно този процес на усилване заинтригува Дона Блекмонд от изследователския институт „Скрипс“ в Ла Джола, Калифорния. Блекмонд изучава потенциалните химикалоригини на хомохиралността през почти цялата си кариера. „Мисля, че това ще е някаква комбинация от химични и физически процеси“, казва тя. В момента групата на Блекмонд се опитва да открие как химическите реакции, които биха могли да се случат на ранната Земя, може да са се люлеели да произвеждат само градивни елементи на живота. През 2006 г. нейният екип показа, че могат да усилят само лявата форма на аминокиселина, като се започне от малък излишък. През 2011 г. те показаха, че амплифицираната аминокиселина след това може да се използва за производството на огромен излишък от прекурсор на РНК, който се прави надясно от захарта, която е прикрепена към него. (Много учени смятат, че РНК е оригиналната биологична молекула.) Блекмонд и много други химици постигнаха напредък в този вид химия, но те са все още далеч от възможността да моделират всички химически вещества и условия, които биха могли да съществуват на астероид или юношеска планета.
Блекмонд също отбелязва, че далеч не е ясно, че животът се нуждае от тотална хомохиралност, за да започне. „Една истинска крайност би била да кажем, че нищо никога не може да се случи, докато не имаме напълно хомохирален пул от градивни елементи и мисля, че това вероятно е твърде крайно“, казва тя. „Можем да започнем да създаваме информационни полимери“ - като ДНК и РНК - „възможно преди да имаме хомохиралност“. Засега всички учени могат да продължат да задават въпроси за молекулите тук на Земята и за небесните тела, които ни заобикалят. С надеждата да отключат още едно парче от този пъзел, изследователите вече разработват нови технологии, за да определят дали има излишъци на една ръка в междузвездното пространство.
Междувременно животът на Земята ще продължи, мистериозен и асиметричен както винаги.
