۸ دقیقه مطالعه
Abby Tabor
agronsta
Erin Morton
Rachel Barry
Astromaterials Research and Exploration Science (ARES)
شهابسنگ بنو همچنان سرنخهای جدیدی به سؤالهای اصلی محققان دربارهٔ شکلگیری سامانهٔ خورشیدی اولیه و منشا حیات میافزاید. در چارچوب مطالعهٔ مستمر نمونههای خالصی که توسط فضاپیمای OSIRIS‑REx (Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, and Security‑Regolith Explorer) ناسا به زمین تحویل داده شد، سه مقالهٔ جدید که روز سهشنبه در ژورنالهای Nature Geosciences و Nature Astronomy منتشر شد، کشفیات شگفتانگیزی را ارائه میدهند: قندهای ضروری برای زیستشناسی، مادهای شبیه به چسب که پیشتر در مواد شهابسنگی مشاهده نشده بود، و مقدار غیرمنتظرهای از گرد و غبار تولیدشده توسط انفجارهای ابرنوا.
قندهای ضروری برای حیات
دانشمندانی به رهبری یوشیهیرو فوروکاوا از دانشگاه توهوکو در ژاپن، قندهای ضروری برای زیستشناسی را در نمونههای بنو شناسایی کردند و نتایج خود را در ژورنال Nature Geoscience منتشر کردند. قند پنج‑کربنی ریبوز و برای نخستین بار در یک نمونهٔ فرازمینی، قند شش‑کربنی گلوکز شناسایی شد. اگرچه این قندها گواهیبر حیات نیستند، کشف آنها به همراه شواهد پیشین از اسیدهای آمینه، بازهای نوکلئوتیدی و اسیدهای کربوکسیلیک در نمونههای بنو، نشان میدهد که بلوکهای سازندهٔ مولکولهای زیستی در سراسر سامانهٔ خورشیدی بهطور گسترده حضور داشتهاند.
در حیات بر روی زمین، قندهای دئوکسیریبوز و ریبوز به ترتیب بلوکهای اساسی DNA و RNA هستند. DNA حامل اصلی اطلاعات ژنتیکی در سلولهاست. RNA وظایف متعددی را انجام میدهد و حیات همانگونه که میشناسیم بدون آن وجود ندارد. ریبوز در RNA به عنوان «ستون فقرات» قند‑فسفاتی به کار میرود که زنجیرهای از بازهای حامل اطلاعات را به هم متصل میکند.
DNA حامل اطلاعات ژنتیکی اصلی در سلولهاست. RNA بسیاری از عملکردها را بر عهده دارد و حیات همانگونه که میشناسیم بدون آن نمیتواند وجود داشته باشد. ریبوز در ساختار RNA در «ستون فقرات» قند‑فسفاتی به کار میرود که بازهای حامِل اطلاعات را به یک‑دیگر پیوند میدهد.
«تمامی پنج باز نوکلئوتیدی که برای ساخت DNA و RNA بههمراه فسفاتها استفاده میشوند، پیش از این در نمونههای بنو که توسط OSIRIS‑REx به زمین آورده شدهاند، شناسایی شدهاند»، فوروکاوا گفت. «کشف جدید ریبوز به این معنی است که تمام اجزای لازم برای تشکیل مولکول RNA در بنو حضور دارند.»
کشف ریبوز در نمونههای شهابسنگی کاملاً غافلگیر نیست. ریبوز پیش از این در دو شهابسنگ بازگرداندهشده بر زمین گزارش شده بود. نکته مهم این است که پژوهشگران در نمونههای بنو دئوکسیریبوز را نیافتهاند. اگر بنو نشانگر باشد، این به این معناست که ریبوز ممکن است در محیطهای سامانهٔ خورشیدی اولیه رایجتر از دئوکسیریبوز بوده باشد.
پژوهشگران بر این باورند که حضور ریبوز و عدم وجود دئوکسیریبوز، فرضیهٔ «دنیای RNA» را که اولین اشکال حیات بر پایهٔ RNA بهعنوان مولکول اصلی برای ذخیره اطلاعات و هدایت واکنشهای شیمیایی نیازمند بقا است، تقویت میکند.
«حیات امروزی بر پایهٔ سیستمی پیچیده سازماندهیشده عمدتاً توسط سه نوع بیوپلیمر عملکردی — DNA، RNA و پروتئینها — بنا شده است»، فوروکاوا توضیح میدهد. «اما، حیات اولیه ممکن است سادهتر بوده باشد. RNA به عنوان نامزد اصلی برای اولین بیوپلیمر عملکردی در نظر گرفته میشود زیرا میتواند اطلاعات ژنتیکی را ذخیره کند و بسیاری از واکنشهای بیولوژیکی را کاتالیز کند.»
نمونههای بنو همچنین حاوی یکی از رایجترین انواع «غذای» (یا انرژی) مورد استفادهٔ حیات بر روی زمین، یعنی قند گلوکز، بودند؛ که اولین مدرکی است بر این که منبع انرژی مهمی که برای حیات همانگونه که میشناسیم به کار میرود، در سامانهٔ خورشیدی اولیه نیز وجود داشته است.
چوپان باستانی و مرموز
یک مقالهٔ دوم که در ژورنال Nature Astronomy به رهبری اسکت سندفورد در مرکز تحقیقاتی آمز ناسا در سیلیکون ولی کالیفرنیا و زاک گینزفورت از دانشگاه کالیفرنیا، برکلی منتشر شد، مادهای شبیه به چسب را در نمونههای بنو کشف کرد که پیشتر در سنگهای فضایی مشاهده نشده بود – مادهای که میتوانست زمینهٔ شکلگیری ترکیبات حیات بر روی زمین را فراهم کند. این مادهٔ شگفتآور احتمالاً در روزهای اولیه سامانهٔ خورشیدی، هنگامی که شمعهٔ والدین بنو گرم شد، تشکیل یافته است.
زمانی که نرم و انعطافپذیر بود، اما از آن پس سفت شد، این «چوپان فضایی» کهن شامل موادی شبیه به پلیمر است که بهطور شگفتانگیزی سرشار از نیتروژن و اکسیژن هستند. چنین مولکولهای پیچیدهای میتوانستند برخی از پیشسازهای شیمیایی را فراهم کنند که بهراستای آغاز حیات بر روی زمین کمک میکردند، و یافتن آنها در نمونههای خالص بنو برای محققانی که به بررسی چگونگی پیدایش حیات و امکان وجود آن فراتر از سیارهمان میپردازند، اهمیت دارد.
در این شهابسنگ اولیه که در روزهای نخستین سامانهٔ خورشیدی شکل گرفته است، ما به رویدادهایی نزدیک به آغاز زمان مینگریم.
ستارهپدر بنو از موادی که در سحابی خورشیدی – ابری چرخان از گاز و غبار که سامانهٔ خورشیدی را شکل داد – تشکیل شد و شامل انواع متنوعی از مواد معدنی و یخها بود. هنگامی که شهابسنگ گرم شد، بهدلیل تابش طبیعی، ترکیبی به نام کاربامیت از طریق فرایندی که آمونیاک و دیاکسید کربن را در بر میگرفت، شکل گرفت. کاربامیت در آب قابل حل است، اما بهاندازه کافی بقا یافت تا پلیمر شود و با خود و سایر مولکولها واکنش دهد تا زنجیرههای بزرگتر و پیچیدهتری ایجاد کند که مقاوم به آب هستند. این نشان میدهد که این ترکیب پیش از گرم شدن کافی بدنهٔ مادر برای تبدیل به محیطی آبدار شکل گرفته است.
«با این مادهٔ عجیب، ما احتمالاً به یکی از نخستین تغییرات مواد در این سنگ نگاه میکنیم»، سندفورد گفت. «در این شهابسنگ اولیه که در روزهای نخستین سامانهٔ خورشیدی شکل گرفته، ما به رخدادهایی نزدیک به آغاز زمان مینگریم.»
با استفاده از میکروسکوپ مادونقرمز، تیم سندفورد دانههای غیرعادی و غنی از کربن که حاوی نیتروژن و اکسیژن فراوان بودند، گزینش کردند. سپس کاری را آغاز کردند که سندفورد آن را «آهنگری در سطح مولکولی» مینامد؛ با بهرهگیری از Molecular Foundry در آزمایشگاه ملی لورنس برکلی (Berkeley Lab) در کالیفرنیا. با اعمال لایههای فوقنازک پلاتین، ذرهای تقویت شد، سوزنی تنگستنی به آن وصل شد تا دانهٔ ریز جابهجا شود و سپس با پرتو متمرکز ذرات باردار، تکه را صیقل دادند.
«این قطعات دارای مقدار بیشتری از مواد آلی و دانههای سیلیکاتی پیشستارهای هستند که بهراحتی توسط تغییرات آبی در شهابسنگها تخریب میشوند»، نیوین گفت. «حفظ آنها در نمونههای بنو یک سورپریز بود و نشان میدهد که برخی مواد از تغییرات آب در بدنهٔ مادر فرار کردهاند. مطالعهٔ ما تنوع مواد پیشستارهای را که بدنهٔ مادر در حال شکلگیری به خود جذب کرده بود، نشان میدهد.»
مرکز پروازی فضایی گادارد ناسا مسئول مدیریت کلی مأموریت، مهندسی سامانهها و تضمین ایمنی و اعتبار مأموریت OSIRIS‑REx بود. دنت لاورتا از دانشگاه آرایزونا، توسان، پژوهشگر اصلی پروژه است. این دانشگاه رهبری تیم علمی و برنامهریزی مشاهدات علمی و پردازش دادههای مأموریت را بر عهده دارد. لاکهد مارتین اسپیس در لیتلتون، کلرادو، فضاپیمای این مأموریت را ساخته و عملیات پروازی را انجام داده است. گادارد و KinetX Aerospace مسئول هدایت فضاپیمای OSIRIS‑REx بودند. نگهداری نمونههای OSIRIS‑REx در مرکز فضایی جانسون ناسا در هوستون انجام میشود. همکاریهای بینالمللی در این مأموریت شامل ابزار لیزری التیمتری OSIRIS‑REx از آژانس فضایی کانادا (CSA) و همکاری علمی در زمینهٔ نمونههای شهابسنگ با ماموریت هیابوسا۲ از سازمان فضایی ژاپن (JAXA) میباشد. OSIRIS‑REx سومین مأموریت در برنامه New Frontiers ناسا است که توسط مرکز فضایی مرشل ناسا در هنتسویل، آلاباما مدیریت میشود و تحت نظارت دبیرخانه علمی مأموریت ناسا در واشنگتن قرار دارد.
برای اطلاعات بیشتر دربارهٔ مأموریت OSIRIS‑REx، به این آدرس مراجعه کنید:
https://www.nasa.gov/osiris-rex
Karen Fox / Molly Wasser
دفتر مرکزی، واشنگتن
202-285-5155 / 240-419-1732
karen.c.fox@nasa.gov / molly.l.wasser@nasa.gov