Један од најчуднијих аспеката живота на Земљи - а вероватно и живот негде другде у космосу - је одлика која збуњује и хемичаре, биологе и теоријске физичаре. Сваки молекуларни блок живота (аминокиселине и шећера) има близанце - не идентичан, већ зрцалну слику. Баш као што се десна огледало леви, али се никад неће удобно уклопити у левичасту рукавицу, аминокиселине и шећери долазе и у десној и у левој верзији. Овај феномен селекције биолошког облика назива се „хиралност“ - од Грка за руку.
На Земљи су аминокиселине карактеристичне за живот „леворуке“ у облику и не могу се заменити за њихов десни доппелгангер. У међувремену, сви шећери карактеристични за живот на Земљи су „десничари“. Супротне руке за аминокиселине и шећере постоје у свемиру, али једноставно их не користи ниједан познати биолошки животни облик. (Неке бактерије заправо могу претворити десничарке аминокиселине у левичану верзију, али оне не могу користити десничарске као што је то случај.) Другим речима, и шећери и аминокиселине на Земљи су хомохирални: једноручни .
Пре више од 4 милијарде година, када је наша матична планета била у својој ватреној и темпераментној младости, били су присутни и биолошки грађевни блокови и њихова огледала. У ствари, обојица и данас постоје на Земљи - само не у животу онакав какав знамо. Свакако, ако скухате групу аминокиселина, шећера или њихових молекула прекурсора у лабораторији, увек ћете добити 50-50 леве и десне смеше. Али некако, како се живот развијао у безброј миленијума који су уследили након формирања Земље, одабране су само леве аминокиселине и десни шећер.
Хирални молекули су чак пронађени у међузвездном простору. У значајном открићу које је Национална опсерваторија за радио астрономију објавила овог јуна, научници су идентификовали молекуле у центру галаксије које би се могле користити за прављење шећера са десне и леве стране. Иако још увек немају појма да ли постоји више од једне руке од друге, налаз поставља основу за даље експерименте који би могли више да расветле о пореклу руке.
Велика питања и даље остају: како и зашто је живот одабрао само једно од два огледала како би конструисао свако створење у својој менагерији? Да ли је за живот потребан хомохиралност, или могу постојати животни облици који користе и земаљске грађевне блокове и њихове алтер его? Да ли је семе хомохиралности настало у дубинама међузвезданог простора, или су еволуирале овде на Земљи?
Концептуална слика ОСИРИС-РЕк. (НАСА / Годдард / Универзитет у Аризони) Јасон Дворкин, који предводи лабораторију астрохемије у НАСА-ином центру за свемирске летове Годдард у Греенбелту, Мариланд, каже да је један изазов за научнике који покушавају да одговоре на та питања да је "рана Земља нестала и имамо низ врло, врло оскудних доказа о томе како је то изгледало. “Четири или више милијарди ерупција вулкана, земљотреси, бомбардовања метеора и, наравно, дубоки геолошки утицај самог живота толико су трансформисали планету да је готово немогуће знати како је изгледала Земља када живот је почео. Зато се Дворкинова истраживачка група и многи његови колеге из НАСА фокусирају на метеорите - остатке свемирских крхотина који се проналазе на чврстом тлу.
„То су временске капсуле од пре 4, 5 милијарди година“, каже Дворкин. „Дакле, оно што сада сакупљамо у метеоритима је врло слично ономе што је тада падало на Земљи.“
Дворкин је такође водећи владин научник у мисији ОСИРИС-РЕк за земаљски астероид, Бенну. Мисија, која је покренута овог септембра, потрошиће око годину дана на мерења астероида како би боље разумела како се он креће кроз наш сунчев систем. Када време свемирске летелице са Бенном истекне, она ће прикупити коначну награду: узорак са површине астероида, који ће га вратити на Земљу у 2023. години, како би научници могли проучити његов хемијски састав. „Све што радимо подржава добијање тог једног узорка, “ каже Дворкин.
Научници су Бенну одабрали делимично због његове сличности са посебном врстом метеорита који пружа интригантну (мада никако не и коначну) назнаку о пореклу хомохиралности. Многи метеорити садрже молекуле на бази угљеника, укључујући аминокиселине и шећере, који су само прави састојци за живот. Дворкинова група анализирала је састав ових „органских“ једињења у десетинама метеорита и дошли су до изненађујућег закључка. Често су и левичарске и десничарске верзије, на пример, аминокиселине, пронађене у једнаким количинама - управо оно што се може очекивати. Али у многим случајевима пронађени су један или више органских молекула са вишком једне руке, понекад и са великим вишком. У сваком од тих случајева и у сваком метеориту који су до сада проучавали други истраживачи на овом пољу, вишак молекула је била лево аминокиселина која се налази искључиво у животу на Земљи.
Дворкин каже да узорак из Беннуа може пружити још јаче доказе о тој појави. "За разлику од метеорита, који, један, падају на земљу и затим се контаминирају, и, два, су одвојени од матичног тела", са Беннуом научници ће тачно знати одакле је астероид узорак. Они предузимају „ванредне мере“ потврђују да ништа из Земљине биологије не може контаминирати узорак. „Дакле, када добијемо ове (надамо се) вишкове аминокиселина на Бенну узорку 2023. године, можемо бити сигурни да то није од контаминације“, каже Дворкин.
Досадашњи докази од метеорита имплицирају да можда постоји начин да се произведе хомохиралност без живота. Међутим, Дворкин каже: „Не знамо да ли је хемија која води ка хомохиралности и животу настала из метеорита, процеса на земљи или можда из оба.“ И даље се поставља питање како се и зашто тај вишак развијао у метеорита или његовог родитеља астероида или на раној Земљи.
Хипотезе обилују. На пример, поларизована светлост која се налази на нашој страни галаксије може уништити десну верзију многих аминокиселина за малу, али приметну количину. Лагани вишак леве аминокиселине би тада морао драстично да се повећа како би дошао до нивоа који се налази у живим организмима на Земљи.
Управо овај процес појачавања интригира Донну Блацкмонд са истраживачког института Сцриппс из Ла Јолла у Калифорнији. Блацкмонд је скоро читаву каријеру проучавао потенцијалне хемикалоригине хомохиралности. „Мислим да ће то бити нека комбинација хемијских и физичких процеса“, каже она. Блацкмондова група тренутно покушава да открије како су хемијске реакције које су се могле одвијати на раној Земљи утицале да производе само грађевне блокове живота. 2006. године њен тим је показао да могу да појачају само леви облик аминокиселине полазећи од малог вишка. Године 2011, показали су да би амплификована аминокиселина тада могла да се користи за производњу огромног вишка прекурсора РНА, који је десним рукама направљен од шећера који је на њу везан. (Многи научници РНА сматрају изворном биолошком молекулом.) Блацкмонд и многи други хемичари постигли су напредак у овој врсти хемије, али још су далеко од тога да буду у стању да моделирају све хемијске хемисије и услове који могу постојати на астероиду или малолетној планети.
Блекмонд такође напомиње да је далеко од тога да је за живот потребно тотална хомохиралност. "Једна права екстремност била би рећи да се ништа никада не би могло догодити док не будемо потпуно хомохирални базен грађевних блокова, а мислим да је то вероватно превише екстремно", каже она. „Могли бисмо почети са прављењем полимера типа информација“ - попут ДНК и РНК - „могуће пре него што смо имали хомохиралност.“ За сада сви научници могу да поставе питања о молекулама овде на Земљи и о небеским телима која нас окружују. У нади да ће откључати још један део ове слагалице, истраживачи сада развијају нове технологије како би утврдили има ли вишкова једне руке у међузвездном простору.
У међувремену, живот на Земљи ће се наставити, мистериозан и асиметричан као и увек.
