Unul dintre cele mai ciudate aspecte ale vieții pe Pământ - și, probabil, a vieții în altă parte a cosmosului - este o caracteristică care îi încurcă pe chimiști, biologi și fizicieni teoretici. Fiecare dintre blocurile moleculare ale vieții (aminoacizi și zaharuri) are un geamăn - nu unul identic, ci o imagine în oglindă. La fel ca mâna dreaptă oglindește stânga, dar niciodată nu se va încadra confortabil într-o mănușă din stânga, aminoacizii și zaharurile vin atât în versiunea dreaptă cât și în cea stângă. Acest fenomen de selecție a formei biologice se numește „chiralitate” - din grec pentru predare.
Pe Pământ, aminoacizii caracteristici vieții au o formă „stângă” și nu pot fi schimbați pentru doppelgängerul lor drept. Între timp, toate zaharurile caracteristice vieții de pe Pământ sunt „drepte”. Mânile opuse atât pentru aminoacizi cât și pentru zaharuri există în univers, dar ele nu sunt folosite de nicio formă de viață biologică cunoscută. (Unele bacterii pot converti de fapt aminoacizii dreptați în versiunea stângă, dar nu pot folosi cei drepți așa cum este.) Cu alte cuvinte, atât zaharurile, cât și aminoacizii de pe Pământ sunt homochirale: o singură mână .
Cu mai bine de 4 miliarde de ani în urmă, când planeta noastră natală era în tinerețea sa înflăcărată și temperamentală, atât blocurile biologice, cât și reflectiile lor oglindă erau prezente. De fapt, ambele coexistă și astăzi pe Pământ - doar nu în viață așa cum îl știm noi. Cu siguranță, dacă gătiți într-un laborator un lot de aminoacizi, zaharuri sau molecule precursoare, veți obține întotdeauna un amestec de 50-50 de stânga și dreapta. Dar cumva, pe măsură ce viața a apărut în nenumăratele milenii care au urmat formării Pământului, au fost selectați doar aminoacizii stângați și zaharurile drepte.
Moleculele chirale s-au găsit chiar și în spațiul interstelar. Într-o descoperire de reper anunțată de Observatorul Național de Radio Astronomie în luna iunie, oamenii de știință au identificat molecule din centrul galaxiei care ar putea fi folosite pentru a construi zaharurile din dreapta și din stânga. În timp ce încă nu au niciun indiciu dacă există mai multe mâini decât cealaltă, constatarea stabilește scena pentru experimente suplimentare care ar putea lumina mai mult despre originile mâinii.
Marile întrebări rămân în continuare: Cum și de ce viața a ales doar una dintre cele două reflexe oglindă pentru a construi fiecare creatură în menageria ei? Viața necesită homochiralitatea pentru a începe, sau ar putea exista forme de viață care folosesc atât blocurile pământești, cât și alter-ul lor? Semințele de homochiralitate au avut originea în adâncimile spațiului interstelar sau au evoluat aici pe Pământ?
Imagine conceptuală a OSIRIS-REx. (NASA / Goddard / Universitatea din Arizona) Jason Dworkin, care conduce Laboratorul de Astrochimie la Centrul de zbor spațial Goddard al NASA din Greenbelt, Maryland, spune că o provocare pentru oamenii de știință care încearcă să răspundă la aceste întrebări este aceea că „Pământul timpuriu a dispărut și avem o serie de dovezi foarte, foarte rare cum a fost. ”Patru-miliarde de ani de erupții vulcanice, cutremure, bombardamente de meteori și, desigur, influența geologică profundă a vieții însăși au transformat atât de mult planeta încât este aproape imposibil să știm cum arăta Pământul când viața a început. Acesta este motivul pentru care grupul de cercetare al lui Dworkin și mulți dintre colegii săi de la NASA se concentrează pe meteoriți - rămășițele de resturi spațiale care își găsesc drumul spre pământ solid.
"Acestea sunt capsule de timp de acum 4, 5 miliarde de ani", spune Dworkin. „Deci, ceea ce colectăm acum la meteoriți este foarte similar cu ceea ce ploua pe Pământ atunci.”
Dworkin este, de asemenea, omul de știință guvernamental principal al misiunii OSIRIS-REx pe asteroidul apropiat de pământ, Bennu. Misiunea, care se lansează în luna septembrie, va petrece în jur de un an luând măsurători ale asteroidului pentru a înțelege mai bine cum se deplasează prin sistemul nostru solar. Când timpul navei spațiale cu Bennu se va termina, va colecta premiul final: un eșantion de la suprafața asteroidului, pe care îl va readuce pe Pământ în anul 2023, pentru ca oamenii de știință să poată studia compoziția sa chimică. „Tot ceea ce facem acceptă obținerea acelui singur eșantion”, spune Dworkin.
Oamenii de știință l-au ales în parte pe Bennu datorită asemănării sale cu un tip special de meteorit care oferă un indiciu intrigant (deși în niciun caz concludent) cu privire la originile homochiralității. Mulți meteoriți conțin molecule pe bază de carbon, inclusiv aminoacizi și zaharuri, care sunt doar ingredientele potrivite pentru viață. Grupul Dworkin a analizat compoziția acestor compuși „organici” în zeci de meteoriți și a ajuns la o concluzie surprinzătoare. De cele mai multe ori, atât versiunile din stânga, cât și din partea dreaptă a, de exemplu, un aminoacid, au fost găsite în cantități egale - exact ceea ce ar putea fi de așteptat. Dar în multe cazuri, una sau mai multe molecule organice au fost găsite cu un exces de o mână, uneori cu un exces foarte mare. În fiecare dintre aceste cazuri și în fiecare meteorit studiat până acum de alți cercetători în domeniu, molecula în exces a fost aminoacidul din stânga care se găsește exclusiv în viața de pe Pământ.
Dworkin spune că eșantionul de la Bennu poate oferi dovezi și mai puternice ale acestui fenomen. „Spre deosebire de meteoriți, care, unul, cad pe sol și apoi se contaminează și, doi, sunt separați de corpul lor părinte”, cu Bennu, oamenii de știință vor ști exact de unde provine eșantionul. Ei iau „măsuri extraordinare” confirmă faptul că nimic din biologia Pământului nu poate contamina eșantionul. „Deci, atunci când obținem aceste (sperăm) excesele de aminoacizi pe eșantionul Bennu din 2023, putem fi siguri că nu provine din contaminare”, spune Dworkin.
Dovezile aflate până acum departe de meteoriți implică faptul că poate există un mijloc de a produce homochiralitate fără viață. Cu toate acestea, Dworkin spune, „Nu știm dacă chimia care duce la homochiralitate și viață a provenit de la meteoriți, de la procese de pe pământ sau poate de la ambele.” Există încă întrebarea despre cum și de ce s-a dezvoltat acel exces în meteoritul sau părintele său de asteroizi sau pe Pământul timpuriu în primul rând.
Ipotezele abundă. De exemplu, lumina polarizată găsită de partea noastră a galaxiei poate distruge versiunea dreaptă a multor aminoacizi cu o cantitate mică, dar vizibilă. Excesul ușor de aminoacid stânga ar trebui apoi să fie amplificat drastic pentru a ajunge la nivelurile găsite în organismele vii de pe Pământ.
Acest proces de amplificare este cel care intrigă Donna Blackmond de la Scripps Research Institute din La Jolla, California. Blackmond a studiat potențialii chimici originali ai homochiralității aproape toată întreaga sa carieră. „Cred că va fi o combinație de procese chimice și fizice”, spune ea. Grupul lui Blackmond încearcă în prezent să descopere modul în care reacțiile chimice care ar fi putut avea loc pe Pământul timpuriu ar fi putut fi modificate pentru a produce numai blocuri de viață. În 2006, echipa ei a arătat că nu poate amplifica decât forma stângă a unui aminoacid pornind de la un mic exces. În 2011, aceștia au arătat că aminoacidul amplificat ar putea fi apoi utilizat pentru a produce un exces uriaș de un precursor al ARN, care este făcut la dreapta de un zahăr care este atașat la acesta. (ARN-ul este considerat de mulți oameni de știință ca fiind molecula biologică inițială.) Blackmond și mulți alți chimiști au făcut progrese în acest tip de chimie, dar sunt încă departe de a putea modela toate chimicalele și condițiile care ar putea exista. pe un asteroid sau pe o planetă juvenilă.
De asemenea, Blackmond constată că este departe de a fi clar că viața avea nevoie de o homochiralitate totală pentru a începe. „O adevărată extremă ar fi să spunem că nu s-ar putea întâmpla nimic până când nu vom avea un bazin complet homochiral de blocuri de construcții și cred că este probabil prea extrem”, spune ea. „Am putea începe să formăm polimeri de tip informațional” - cum ar fi ADN-ul și ARN - „posibil înainte de a avea homochiralitate.” Deocamdată, toți oamenii de știință pot face este să pună întrebări despre moleculele de pe Pământ și de pe corpurile cerești care ne înconjoară. În speranța deblocării încă o piesă a acestui puzzle, cercetătorii dezvoltă acum noi tehnologii pentru a determina dacă există excesuri de o mână în spațiul interstelar.
Între timp, viața pe Pământ va continua, misterioasă și asimetrică ca întotdeauna.
