Анализ грунта, доставленного с астероида Бенну миссией NASA OSIRIS-REx, показал, что аминокислоты в космосе могут образовываться не только в горячих недрах небесных тел, но и в глубоком холоде. Сравнив образцы Бенну с метеоритом Мурчисон, ученые выяснили, что простейшая аминокислота — глицин — имеет разную химическую историю. Если в метеорите она синтезировалась в теплой жидкой воде, то на Бенну возникла в первичных льдах еще до формирования Солнечной системы.
Астероиды и кометы богаты органикой, включая аминокислоты. Главная загадка заключается в механизме их появления. Считается, что органика синтезируется внутри астероидов, когда лед тает и вступает в реакцию с породой. Сейчас похожая реакция (синтез Штреккера) используется для промышленного получения аминокислот.
Однако проверять это приходилось на метеоритах, упавших на Землю, таких как Мурчисон (в Австралии в 1969 году). За 50 лет хранения они могли загрязниться земной атмосферой либо бактериями. Образцы с Бенну, доставленные в герметичной капсуле, стали первым шансом изучить химические процессы ранней Солнечной системы.
Авторы исследования, опубликованного в журнале PNAS, провели сверхточный изотопный анализ. Вместо того чтобы просто взвешивать молекулы, они применили метод внутримолекулярной изотопии.
Специалисты буквально разобрали молекулы глицина на части и измерили содержание тяжелого углерода (13C) отдельно в «хвосте» молекулы (карбоксильной группе) и в ее основе. Распределение изотопов между разными частями одной молекулы указывает, в какой именно химической реакции родилось вещество. В продукте реакции Штреккера наблюдается дисбаланс изотопов: хвост молекулы получается тяжелым, богатым углеродом-13, а в голове его мало.
В глицине из метеорита Мурчисон соотношение изотопов между двумя частями молекулы глицина было характерным для синтеза в теплой жидкой воде, как в реакции Штреккера. В образцах с астероида Бенну атомы углерода внутри глицина оказались изотопно похожими. Это указывает на то, что молекулы образовались путем радикальных реакций в космическом льду под воздействием радиации.
Дополнительный анализ азота подтвердил эту версию: аминокислоты Бенну насыщены тяжелым азотом (15N), что свойственно объектам, сформировавшимся на холодных окраинах Солнечной системы или даже в межзвездной среде.
Также ученые столкнулись с неожиданной загадкой. Зеркальные копии одной и той же аминокислоты (L- и D-глутаминовая кислота), которые в неживой природе должны быть идентичны, на Бенну имели разный изотопный состав. Это открытие ставит под сомнение старые методы поиска жизни, основанные на хиральности (симметрии) молекул.
Исследование доказывает, что ранняя Земля получала органические молекулы сразу из двух источников. Часть органики прилетала готовой, из гидротермальных источников на астероидах, а часть — из первичного облака, породившего Солнце. Это подтверждает, что химия, необходимая для возникновения жизни, — стандартный процесс во Вселенной, работающий в самых разных условиях.