NASA -wetenschappers willen een mysterie oplossen: waarom heeft het leven “linksaf” ingeschakeld?

Wanneer NASA Lanceerden een ruimtevaartuig naar een asteroïde, wetenschappers wachtten geduldig op hun kans om naar stukjes van de ruimte Rock in een laboratorium, in de hoop dat het enkele van de meest duurzame vragen van de mensheid zou beantwoorden.

Voor Danny Glavin, een senior sample-wetenschapper, wilde hij een meedogenloos mysterie oplossen in zijn levenswerk: waarom zijn allemaal bekende levende wezens alleen gebaseerd op de linkshandige vormen van aminozurende moleculen die eiwitten bouwen?

Zijn moment arriveerde bijna tien jaar later. Glavin en een team van onderzoekers hebben de gruis onderzocht Bepaleneen koolstofrijke asteroïde gemaakt van losjes gebonden keienmaar wat ze vonden gooide hen een curveball. In plaats van een van de leidende hypothesen te ondersteunen-dat het vroege zonnestelsel de voorkeur gaf aan de linkshandige variëteit en die ingrediënten naar primitieve aarde bracht-vertoonde het helemaal geen favoritisme.

“Ik moet toegeven dat ik een beetje gedesillusioneerd of teleurgesteld was,” zei Glavin. “Ik voelde me alsof deze ongeldig 20 jaar onderzoek in ons lab en mijn carrière.”

Veel aminozuren, of ze nu in de biologie worden gebruikt of niet, komen in twee spiegelbeeldvormen. Elk molecuul heeft een centraal koolstofatoom met andere atoomgroepen bevestigd, georiënteerd in één richting of omgekeerd. Deze eigenschap, chiraliteit genoemdis als een linker- en rechterhand: ze zijn vergelijkbaar, maar als je ze hebt gestapeld, zouden de duimen tegenovergestelde manieren liften.

In het aardleven zijn de aminozuren altijd ‘linkshandig’ en suikers, die gedeeltelijk de ruggengraat van DNA vormen, zijn altijd rechtshandig, waardoor de dubbele helix de kenmerkende draai aan de rechterkant is. De homogeniteit die bij beide wordt gevonden, is vooral verwarrend voor wetenschappers omdat de linker- en rechtshandige versies van al deze moleculen even beschikbaar zijn in niet-levende chemische mixen.

Praktisch gezien, als alle biologische moleculen de omgekeerde vorm aannamen, kan dat prima werken. Dus als het leven het andere pad had kunnen nemen, waarom niet? Is uniform “handigheid” een geheim ingrediënt in het recept voor het leven, en meer specifiek, deed het hebben Om links te gaan? Begonnen de vooringenomenheid naar linkshandige aminozuren in de kosmos, of gebeurde het later op deze planeet?

“Een fundamentele vraag voor ons allemaal is of het leven moest zijn zoals het is”, zegt Iris Chen, professor chemische en biomoleculaire engineering aan de UCLA, die niet betrokken was bij de asteroïde studie. “Is het universum vatbaar voor ons soort leven, of is onze biologie het resultaat van ongevallen en kans?”

Wetenschappers wisten al vroeg dat ze het materiaal zouden gebruiken dat werd verzameld door NASA’s $ 800 miljoen Osiris-Rex-missie, kort voor Oorsprong, spectrale interpretatie, resource-identificatie en beveiligings-regolith explorerom de “handigheid” van individuele aminozuren te analyseren. Bennu’s minerale fragmenten kunnen ouder zijn dan het 4,6 miljard jaar oude zonnestelsel. Deze korrels van Stardust hadden kunnen komen stervende sterren of supernovae Dat leidde uiteindelijk tot het creëren van de zon en planeten.

Mashable Lichtsnelheid

Om hun studie te doen, brouwden ze een soort ‘Bennu Tea’, een kleine hoeveelheid rotsen en stof in water en zuren om organische verbindingen te extraheren. Vervolgens gebruikten ze massaspectrometrietechnieken om organische moleculen te identificeren, waaronder 14 van de 20 aminozuren die het leven gebruikt om eiwitten te bouwen, die genetische instructies uitvoeren. Sommigen van de nieuwste bevindingen werden deze week gepubliceerd in het tijdschrift Nature Astronomie.

“Ik moet toegeven dat ik een beetje gedesillusioneerd of teleurgesteld was. Ik voelde me alsof dit ongeldig 20 jaar onderzoek in ons lab en mijn carrière.”

In de afgelopen decennia hebben onderzoekers dat ontdekt meteorieten – rotsen die ruimte hebben afgelegd en doorlandend Op aarde-hebben een hogere concentratie van linkshandige aminozuren gehad dan rechtshandige, in de buurt van 60 procent meer. Misschien hebben ruimterotsen de verbindingen afgeleverd die vervolgens chemische reacties ondergingen in de buurt van de aarde diepzeeopeningen om de eerste cellen te vormen. De rest is misschien evolutie.

Die resultaten, in combinatie met de wetenschap dat ruimtestrotsen de planeet voor Eons hebben gebombardeerd, hebben ertoe geleid dat wetenschappers geloven dat oude asteroïden, de tijdcapsules van het zonnestelsel, ook meer linkshandige aminozuren zouden onthullen. Als het zonnestelsel inderdaad meer links herbergt, was misschien gepolariseerd licht in de ruimte de dader. Een licht favoritisme in de omgeving kan in de loop van de tijd een grotere ongelijkheid worden.

Maar de Bennu -onderzoekers vonden links en rechters gelijk. Nu vraagt ​​Glavin zich af of de eerdere studies over meteorieten ongeldig zijn, misschien vervuild met aarde -eiwitten toen ze op de grond vielen. Jason Dworkin, projectwetenschapper voor de Osiris-Rex Missiondenkt dat er misschien een andere reden is om Bennu de trend te bedekken.

“Bennu is een voorbeeld van één type toekomstige meteoriet die te kwetsbaar is om de landing op aarde te overleven, en dus is het niet echt in onze collecties,” zei Dworkin.

Misschien is de realiteit dat het ontwerp van het leven werd bepaald door een muntflip. Zodra een succesvol patroon was vastgesteld, ging de sjabloon door door evolutie. Eiwitten en enzymen, kleine stuurprogramma’s in cellen, passen in elkaar als een puzzel. Als het leven naar voren kwam met linkshandige aminozuren, zou het overstappen op rechtshandige aminozuren later mogelijk alles hebben gestopt met werken. Er zijn enorme voordelen voor uniformiteit: als mensen gebaseerd waren op rechtshandige aminozuren, zouden ze geen planten of dierlijke producten kunnen eten en verteren op basis van linkshandige aminozuren.

Onderzoekers hebben gemaakt spiegelversies van biologische eiwitten met rechtshandige aminozuren in een laboratorium. Ze functioneren op dezelfde manier, maar ze zijn veel moeilijker te vernietigen. Enzymen die ze meestal zouden afbreken, worden nutteloos gemaakt. Net als je haardroger op een internationale vakantie, werkt de tool niet als de plug en het stopcontact niet overeenkomen.

Sommige wetenschappers die de implicaties van dit probleem overwegen, hebben hun bezorgdheid geuit over de toekomstige ontwikkeling van spiegelcellen in laboratoria. Als mensen besmet raakten met schadelijke spiegelbacteriën, is hun immuunsysteem misschien weerloos, niet in staat om elke vorm van tegenaanval te besteden. Een groep biologen schreef onlangs Een uitgebreid papier over de risico’s, zoals gemeld door The New York Times.

Ondanks de teleurstelling van Glavin dat Bennu geen vooroordeel van de chiraliteit heeft gepresenteerd, gaat het onderzoek verder. Hij en zijn medewerkers zijn van plan om meer monsters van de asteroïde te bestuderen om de hand van andere aminozuren te onderzoeken.

En er kan een zilveren voering zijn: sommige astrobiologen hebben voorgesteld om onevenredige handigheid van moleculen te gebruiken als een biosignatuur. Een gelijkmatige mix van beide typen in een buitenaards monster kan suggereren dat moleculen chemisch zijn gemaakt zonder de betrokkenheid van levende wezens. Maar een overmaat van één type kan een aanwijzing zijn voor het buitenaardse leven.

“Eerlijk gezegd kan het de zoektocht naar het leven in sommige opzichten gemakkelijker maken, omdat we dit risico niet mogelijk van een vals positief hebben,” zei Glavin. “We kunnen (kunnen) geloven dat als er een versterking van het een of het ander is, dat er biologie kan zijn.”