Eden najčudnejših vidikov življenja na Zemlji - in morda življenja drugje v kozmosu - je značilnost, ki uganke pozna kemike, biologe in teoretične fizike. Vsak molekularni gradnik življenja (aminokisline in sladkorji) ima dvojčka - ne identičnega, ampak zrcalno sliko. Tako kot se desna zrcali, se tudi vaša leva, vendar se nikoli ne prilega udobno v levičasto rokavico, aminokisline in sladkorji prihajajo v desni in levi različici. Ta pojav izbire biološke oblike se imenuje "kiralnost" - od grščine za rokovanje.
Na Zemlji so aminokisline, značilne za življenje, vse "levičarske" oblike in jih ni mogoče zamenjati za desničarsko doppelgänger. Medtem so vsi sladkorji, značilni za življenje na Zemlji, »desničarji«. V vesolju obstajajo nasprotne roke tako za aminokisline kot sladkorje, ki pa jih ne uporablja nobena znana biološka oblika življenja. (Nekatere bakterije lahko dejansko pretvorijo desničarske aminokisline v levičarsko različico, vendar jih desničarji ne morejo uporabljati, kot je.) Z drugimi besedami, tako sladkorji kot aminokisline na Zemlji so homohiralni: enoročni .
Pred več kot 4 milijardami let, ko je bil naš domači planet v svoji ognjeni in temperamentni mladosti, so bili prisotni tako biološki gradniki kot zrcalni odsevi. Pravzaprav na Zemlji še danes obstajata oba - le ne v življenju, kot ga poznamo. Zagotovo, če v laboratoriju skuhate šaržo aminokislin, sladkorja ali njihovih predhodnikov, boste vedno dobili 50-50 mešanice levo in desno. Toda nekako, ko se je življenje pojavilo v neštetih tisočletjih, ki so sledila nastanku Zemlje, so bile izbrane le levo usmerjene aminokisline in desničarji.
Kiralne molekule so bile celo najdene v medzvezdnem prostoru. V pomembnem odkritju, ki ga je junija junija napovedal Nacionalni observatorij za radio astronomijo, so znanstveniki identificirali molekule v središču galaksije, ki bi jih lahko uporabili za konstruiranje sladkorja z desne in leve desnice. Medtem ko še vedno nimajo pojma, ali je ene roke več kot druge, ugotovitev postavlja osnovo za nadaljnje poskuse, ki bi lahko razsvetlili več o izvoru predaje.
Velika vprašanja še vedno ostajajo: kako in zakaj je življenje izbralo samo enega od dveh zrcalnih odsevov, da je zgradilo vsako posamezno bitje v svoji menageriji? Ali življenje zahteva homohiralnost, da se začne, ali lahko obstajajo življenjske oblike, ki uporabljajo tako zemeljske gradnike kot njihove alter ego? So semena homohiralnosti izvirala v globinah medzvezdnega prostora ali so se razvila tukaj na Zemlji?
Konceptualna slika OSIRIS-REx. (NASA / Goddard / Univerza v Arizoni) Jason Dworkin, vodja laboratorija za astrokemijo v NASA-inem centru za vesoljske polete Goddard v Greenbeltu v Marylandu, pravi, da je en izziv za znanstvenike, ki poskušajo odgovoriti na ta vprašanja, ta, da "zgodnje Zemlje ni več in imamo niz zelo, zelo skromnih dokazov o kako je bilo. "Štiri ali več milijard let vulkanskih izbruhov, potresi, meteorni bombni napadi in seveda globok geološki vpliv samega življenja so tako spremenili planet, da je skoraj nemogoče vedeti, kako je izgledala Zemlja, ko življenje se je začelo. Zato se je Dworkinova raziskovalna skupina in številni njegovi kolegi iz Nasine osredotočili na meteorite - ostanke vesoljskih naplavin, ki se znajdejo na trdnih tleh.
"To so časovne kapsule pred 4, 5 milijarde let, " pravi Dworkin. "Torej, kar zdaj zbiramo v meteoritih, je zelo podobno tistemu, kar je takrat deževalo na Zemlji."
Dworkin je tudi vodilni vladni znanstvenik pri misiji OSIRIS-REx pri skorajda zemeljskem asteroidu Bennu. Misija, ki se bo začela septembra, bo porabila približno eno leto, da bi merila asteroid, da bi bolje razumela, kako se giblje skozi naš osončje. Ko se čas vesoljskega plovila z Bennu konča, bo zbral končno nagrado: vzorec s površine asteroida, ki ga bo leta 2023 pripeljal nazaj na Zemljo, tako da bodo znanstveniki lahko preučili njegovo kemično sestavo. "Vse, kar počnemo, podpira, da dobimo ta en vzorec, " pravi Dworkin.
Znanstveniki so se Bennu odločili delno zaradi njegove podobnosti s posebno vrsto meteorita, ki zagotavlja intrigantno (čeprav nikakor ne dokončno) namigo o izvoru homohiralnosti. Številni meteoriti vsebujejo molekule na ogljiku, vključno z aminokislinami in sladkorji, ki so ravno prave sestavine za življenje. Dworkinova skupina je analizirala sestavo teh "organskih" spojin v več deset meteoritih in prišla do presenetljivega zaključka. Pogosto so bile leve in desničarske različice na primer aminokisline najdene v enakih količinah - točno tisto, kar lahko pričakujemo. Toda v mnogih primerih smo našli eno ali več organskih molekul s presežkom ene roke, včasih zelo velikim presežkom. V vsakem od teh primerov in v vsakem meteoritu, ki so ga do zdaj preučevali drugi raziskovalci na terenu, je bila presežna molekula levo aminokislina, ki jo najdemo izključno v življenju na Zemlji.
Dworkin pravi, da je vzorec iz Bennuja lahko še močnejši dokaz tega pojava. "Za razliko od meteoritov, ki eden pade na tla in se kontaminira, dva pa sta ločena od matičnega telesa, " bodo z Bennu znanstveniki natančno vedeli, od kod je asteroid vzorec. Sprejemajo "izredne ukrepe", ki potrjujejo, da ničesar iz biološke Zemlje ne more onesnažiti vzorca. "Torej, ko bomo leta 2023 na vzorcu Bennu dobili te (upamo) presežke aminokislin, smo lahko prepričani, da ne izvirajo iz kontaminacije, " pravi Dworkin.
Doslej daleč od meteoritov dokazujejo, da morda obstaja način, da se brez življenja ustvari homohiralnost. Vendar pa Dworkin pravi: "Ne vemo, ali je kemija, ki vodi do homohiralnosti in življenja, izvirala iz meteoritov, procesov na zemlji ali morda iz obeh." Še vedno se postavlja vprašanje, kako in zakaj se je ta presežek razvil v meteorita ali njegovega asteroidnega starša ali na zgodnji Zemlji.
Hipotez je na pretek. Na primer, polarizirana svetloba, ki jo najdemo na naši strani galaksije, lahko uniči desno različico številnih aminokislin z majhno, a opazno količino. Rahlo presežek levo usmerjene aminokisline bi bilo treba drastično okrepiti, da bi dosegli ravni, ki jih najdemo v živih organizmih na Zemlji.
Prav ta postopek razširjanja intrigira Donno Blackmond iz raziskovalnega inštituta Scripps v La Jolli v Kaliforniji. Blackmond že skoraj vso svojo kariero preučuje potencialne kemične začetke homohiralnosti. "Mislim, da bo šlo za neko kombinacijo kemičnih in fizikalnih procesov, " pravi. Skupina Blackmonda trenutno skuša odkriti, kako so kemične reakcije, ki bi se lahko zgodile na zgodnji Zemlji, zasipane, da bi ustvarile samo gradnike življenja. Leta 2006 je njena ekipa pokazala, da lahko okrepijo levo levo obliko aminokisline, začenši z majhnim presežkom. Leta 2011 so pokazali, da bi lahko amplificirano aminokislino uporabili za nastanek velikega presežka predhodnika RNA, ki ga na desni strani ustvari sladkor, ki je nanj pritrjen. (Številni znanstveniki mislijo, da je RNA izvirna biološka molekula.) Blackmond in številni drugi kemiki so v tej vrsti kemije naredili napredek, vendar so še daleč od tega, da bi lahko modelirali vse kemije in pogoje, ki bi lahko obstajali na asteroidu ali na mladoletnem planetu.
Blackmond tudi ugotavlja, da še zdaleč ni jasno, da je bilo za življenje potrebno popolna homohiralnost. "Ena resničnih skrajnosti bi bila, če rečemo, da se nič ne bi moglo zgoditi, dokler ne bomo imeli popolnoma homohiralnega bazena gradbenih blokov, in mislim, da je to verjetno preveč ekstremno, " pravi. "Lahko bi začeli izdelovati polimere informacijskega tipa" - podobno kot DNK in RNK - "morda še preden bi imeli homohiralnost." Za zdaj lahko vsi znanstveniki vedno postavljajo vprašanja o molekulah tukaj na Zemlji in o nebesnih telesih, ki nas obdajajo. V upanju, da bodo odklenili še en kos te sestavljanke, raziskovalci zdaj razvijajo nove tehnologije, s katerimi bodo ugotovili, ali obstajajo presežki ene roke v medzvezdnem prostoru.
Medtem se bo življenje na Zemlji nadaljevalo, skrivnostno in asimetrično kot doslej.
