Et par gram kosmisk grus rykker ved alt, vi troede vi vidste om livets oprindelse
Japanske forskere har analyseret prøver fra asteroiden Ryugu og fundet et komplet sæt af molekyler, uden hvilke ingen kendt organisme kan fungere. Opdagelsen styrker teorien om, at livets grundlæggende byggeklodser ikke opstod på den unge Jord, men ankom hertil indlejret i små kosmiske sten.
Ryugu er en lille asteroid, der kredser tæt på Jorden. Den måler cirka 900 meter i diameter og har en karakteristisk, svagt diamantformet profil. På afstand ligner den et enormt stykke mørkt grus med afrundede kanter. Men denne tilsyneladende uanseelige stenpulje er faktisk en slags tidskapsel – et af de ældste bevarede fragmenter af stof fra vores solsystems tidlige dage.
I 2014 sendte den japanske rumfartsorganisation rumfartøjet Hayabusa2 af sted mod asteroiden. Seks år senere vendte missionen hjem med en total succes. Fartøjet indsamlede to små prøvesæt fra to forskellige steder på asteroidens overflade og bragte dem sikkert tilbage til Jorden. Hver prøve vejede kun 5,4 gram – mindre end en teskefuld sand.
Disse få gram mørkt grus viste sig at være en af de mest værdifulde videnskabelige skatte i nyere tid. Fra 2020 og frem gennemgik prøverne en serie ekstremt præcise analyser i sterile laboratorier. Fokus lå ikke blot på stenenes sammensætning, men navnlig på at påvise organiske forbindelser med mulig tilknytning til livets opståen.
De molekyler, der danner fundamentet for alt kendt liv
Hver celle på Jorden anvender to bemærkelsesværdige molekyler – DNA og RNA. Det er netop disse, der opbevarer og videregiver instruktionerne til at bygge en organisme. Man kan forestille sig dem som en håndbog, hvor teksten er skrevet med fem grundlæggende kemiske bogstaver, de såkaldte kvælstofbaser eller nukleobaser.
Disse fem er adenin, guanin, cytosin, thymin og uracil. Thymin findes i DNA, mens uracil hører til i RNA. Tilsammen udgør de den genetiske kodes alfabet hos alle jordiske organismer – fra bakterier til mennesker.
Tidligere havde forskere fundet enkelte af disse stoffer i meteoritter og kosmisk støv, typisk i sporingsmængder. Af og til dukkede to eller tre op samtidigt. Men et komplet sæt svarende til det, vi kender fra biologien, havde man aldrig fundet.
Et forskerhold fra Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology undersøgte materiale fra Ryugu og stødte endelig på noget, der ændrer hele puslespillets skala. Alle fem nukleobaser dukkede op i prøverne på én gang. Præcis dette komplette sæt fik forskerne til at tale om et gennembrud – ikke blot et interessant delfund.
Hvorfor tilstedeværelsen af thymin begejstrer forskerne så meget
Det var særligt påvisningen af thymin, der vakte stor begejstring. Tidligere undersøgelser af Ryugu havde allerede påvist uracil, hvilket passede godt til den populære forestilling om, at et langt enklere system baseret udelukkende på RNA muligvis opstod før DNA. Dette scenarie – den såkaldte RNA-verden-hypotese – antager, at de første livsformer udelukkende benyttede ét molekyle, der både fungerede som genetisk hukommelse og kemisk redskab.
Tilstedeværelsen af thymin i det samme ældgamle materiale indebærer noget langt mere dristigt. Hvis en bestanddel, der er typisk for DNA, spontant kunne dannes i asteroidens iskolde, skyggelagte hjørner, kan mere sofistikerede genetiske systemer have eksisteret i rummet længe inden en beboelig Jord tog form.
Sagt med andre ord: det materiale, vores celler benytter sig af, kan have modnet i fjerne dele af solsystemet, allerede inden oceanerne og de første stabile kontinenter opstod. Et komplet sæt nukleobaser i én håndfuld kosmisk støv antyder, at livets grundlæggende alfabet ikke er forbeholdt Jorden alene.
Forskere fra universiteter i Tokyo og Hiroshima understreger, at opdagelsen udgør et afgørende bevis for teorien om kemisk panspermia. Ifølge denne hypotese kan asteroider og kometer have spredt livets byggeklodser ud over hele solsystemet.
En lignende opdagelse fra asteroiden Bennu bekræfter fund fra Ryugu
Forskerne påpeger, at Ryugu ikke er det eneste naturlige laboratorium af denne slags. Uafhængige hold, der undersøger prøver fra en anden asteroid, Bennu, har ligeledes meldt om fund af et komplet sæt nukleobaser. Det er et stærkt argument for, at vi har at gøre med en almindelig kemisk proces – ikke et enkelt særtilfælde.
I praksis antyder dette, at asteroidebeltet og de ydre dele af solsystemet har huset hele lagre af stoffer klar til brug på unge planeter. NASAs OSIRIS-REx-mission bragte prøver fra Bennu tilbage i 2023, og analyserne afslørede en overraskende lig kemisk sammensætning.
Begge asteroider – Ryugu og Bennu – tilhører kategorien såkaldte karbonatlignende kondriter af type C. Disse mørke, kulstofrige objekter indeholder store mængder vand og organiske forbindelser og repræsenterer nogle af solsystemets mest primitive legemer.
- Adenin fundet i en koncentration på flere mikrogram pr. gram materiale
- Guanin til stede i sammenlignelige mængder som adenin
- Cytosin påvist i spormængder, men i målbare koncentrationer
- Thymin identificeret ved hjælp af massespektrometri
- Uracil bekræftet i begge prøvesæt fra forskellige steder på overfladen
- Aminosyrer, herunder glycin og alanin
- Simple sukkerarter, der minder om ribose
- Lipidforstadier med evne til at danne membranlignende strukturer
Sådan analyserer forskere så følsomme livsspor uden at forurene prøverne
Den største udfordring for forskerholdet var renhed. Få gram materiale fra Ryugu lader sig meget let forurene med jordisk biologi – eksempelvis fingeraftryk eller laboratoriestøv. Derfor foregik hele processen fra åbningen af kapslen til den kemiske analyse i specialkamre fyldt med ædel gas, og alt udstyr blev gentagne gange rengjort og kalibreret.
Til påvisning af nukleobaser anvendte forskerne avancerede metoder som kromatografi kombineret med massespektrometri. Disse teknikker gør det muligt at adskille og identificere selv meget komplekse blandinger af forbindelser ved at spore hvert molekyles karakteristiske masse-aftryk.
Forskerholdet måtte desuden skelne mellem signaler fra selve asteroiden og eventuelle jordiske forureningsspor. Dette blev gjort ved at sammenligne prøvernes sammensætning med forureningsrisikoen samt ved at analysere forskellige materialefragmenter separat. De japanske laboratorier benyttede i den forbindelse rene kamre med kontrolleret kvælstofatmosfære.
Forskere fra Tokyo Universitet fremhæver, at steriliseringsprotokollerne var strengere end dem, der blev anvendt ved analysen af månestens fra Apollo-programmet. Hvert redskab gennemgik UV-bestråling og kemisk rensning med organiske opløsningsmidler.
Hvad gemmer Ryugus grus ellers ud over nukleobaser
Ud over nukleobaser fandt forskerne også andre organiske forbindelser i prøverne – herunder aminosyrer samt molekyler, der minder om simple fedtstoffer og sukkerarter. Samlet set danner de noget, som forskerne betegner som en kemisk suppe, der bringer tankerne hen på det, der engang kan have fyldt de urtidige oceaner.
Et sådant miljø fremmer dannelsen af stadig mere komplekse molekylære systemer. Når de rette betingelser er til stede – flydende vand, energi fra solen eller geotermiske reaktioner, passende temperaturforhold – kan der fra denne blanding opstå molekyler, der er i stand til at kopiere sig selv fra generation til generation.
Forskerne identificerede desuden polycykliske aromatiske kulbrinter i prøverne, som er udbredte i det interstellare rum. Disse forbindelser med sekskantede kulstofstrukturer kan tjene som forstadier til mere komplekse organiske molekyler.
Materialet fra Ryugu indeholder også vandomdannede mineraler, hvilket tyder på, at asteroiden tidligere har haft flydende vand i visse områder. Forskere fra Kyoto Universitet opdagede hydratiserede silikater og karbonater, som udelukkende opstår i nærvær af H₂O.
Hvad disse opdagelser betyder for jagten på liv i andre verdener
Hvis livets byggeklodser viser sig at være et naturligt produkt af kosmisk kemi, holder vores eksistens op med at ligne en exceptionel undtagelse. Spørgsmålet melder sig: hvor mange andre planeter i galaksen har modtaget lignende pakker fra asteroider og kometer? I et sådant scenarie bliver søgningen efter biologiske spor på Mars, Jupiters måner eller i atmosfærerne hos fjerne exoplaneter noget langt mere end en interessant videnskabelig øvelse.
Ryugu og Bennu minder os om, at grænsen mellem livløs kemi og livets første stadier er meget tynd. Små himmellegemer kan optræde som mellemmænd – de opbevarer materiale dannet i de kolde regioner af det unge solsystem og kolliderer med voksende planeter og ændrer dermed deres skæbne for milliarder af år.
Forskere fra NASA og Den Europæiske Rumorganisation planlægger yderligere missioner til asteroider, herunder Psyche og Didymos. Disse objekter kan levere yderligere beviser for fordelingen af organiske molekyler på tværs af solsystemet. Astronomer, der studerer exoplaneters spektre, leder efter lignende kemiske signaturer i atmosfærerne hos planeter, der kredser om fjerne stjerner.
For den almindelige læser kan det lyde abstrakt – men det kan sættes på en enklere formel. Næste gang du ser på en sten på en strand, er det værd at tænke over, at dens mindste bestanddele – atomer af kulstof, kvælstof eller fosfor – sandsynligvis påbegyndte deres rejse under forhold meget lig dem på Ryugu. En del af den kemi, der gør det muligt for dig overhovedet at tænke og læse, kan have taget form på en sådan mørk, roterende stenpulje, der engang kredsede langt fra solen.
