Участок поверхности астероида Бенну, сфотографированный с высоты 250 м, с которого OSIRIS-REx брал образцы ля отправки на Землю. (Фото: NASA / Goddard / University of Arizona)
В 2023 году космический аппарат OSIRIS-REx прибыл на Землю с пробами, взятыми на астероиде Бенну. Материал был упакован так, чтобы при доставке не чувствовать сильных перепадов температуры и не соприкасаться ни с чем земным. Точно так же его потом изучали в лабораториях – в максимально защищённых от земной атмосферы условиях. Результаты исследований описаны в двух статьях в Nature Astronomy и в Nature. В первой из них говорится о множестве углеродных веществ, с азотом и без, среди которых были все пять видов азотистых оснований, которые входят в состав ДНК и РНК, а также четырнадцать из двадцати аминокислот, входящих в состав белков. (На всякий случай уточним, что в образцах с Бенну были именно азотистые основания и аминокислоты, а не ДНК с РНК и не белки.)
Такие посылки на Земле получали и раньше, с других астероидов, и в них тоже обнаруживалась органика. Но на Бенну удалось собрать больше материала: общая масса образцов – 120 грамм, тогда как с других астероидов на Землю прилетало всего несколько грамм. Большое количество материала позволило изучить его более подробно. В Бенну оказалось больше углерода и азота, чем в большинстве метеоритов, и больше, чем в другом известном астероиде, Рюгу. Соединения с атомом азота на Бенну весьма разнообразны, их насчитали порядка 10 тысяч. Что до аминокислот, то они были представлены в равной степени обоими оптическими изомерами. Почти все «белковые» аминокислоты (кроме глицина) могут существовать в двух изомерных вариантах, которые выглядят как зеркальные отражения друг друга, потому их называют ещё зеркальными изомерами. Если пропускать через раствор таких изомеров плоскополяризованный свет, то один изомер будет вращать плоскость его поляризации в одну сторону, а другой – в противоположную первому; один вращает плоскость влево, другой вправо, и поэтому такие изомеры называют ещё левыми (L) и правыми (D).
Белки в клетках синтезируются только из L-аминокислот, и вообще все «живые» аминокислоты представлены почти исключительно L-изомерами. Есть отдельные случаи, когда в какие-то пептиды специально включаются D-аминокислоты, но это именно что отдельные случаи. (Ещё можно добавить, что оптические изомеры самопроизвольно превращаются друг в друга, но это происходит очень и очень медленно.) На Бенну же левых и правых изомеров оказалось почти поровну. Аминокислоты, обнаруженные на астероиде, должны были образоваться в результате какого-то синтеза, но его механизм был явно равнодушен к оптической изомерии – то есть был чисто химическим, без участия какой-либо «землеподобной» биохимии. Эти данные неизбежно придётся иметь в виду, если обсуждать гипотезы возникновения жизни, предполагающие, что «молекулы жизни» – в данном случае, аминокислоты – прилетели на Землю с какими-то небесными телами.
Кристаллы карбоната натрия в образцах с астероида Бенну, электронная микрофотография. (Фото: Rob Wardell, Tim Gooding,Tim McCoy / Smithsonian)
Кроме того, на Бенну обнаружились отложения солей, которые помогают понять, что происходило с водой на том космическом теле, от которого он произошёл. Современные астероиды представляют собой остатки планетезималей – небольших небесных тел, которые в начале существования Солнечной системы формировались из вещества протопланетного диска, вращавшегося вокруг Солнца. В планетезималях и их фрагментах-астероидах было какое-то количество воды. В небесных телах, находящихся далеко от Солнца, вода должна была существовать только в виде льда, но если в астероиде были заключены какие-то короткоживущие радиоактивные элементы, они разогревали его, и лёд таял. В образовавшуюся воду из окружающей породы выходили ионы натрия, хлора, калия и др. Каменные поры в толще астероида (или его «предкового» небесного тела) заполнял солевой раствор.
Сейчас никакой воды в образцах с Бенну не нашли. Тут возможны два сценария: либо вода замёрзла и потом исчезла в результате сублимации, когда лёд непосредственно переходит в газ, либо она испарилась из жидкого состояния. Структура солевых отложений говорит о том, что вода испарилась из жидкости. Это могло произойти при температуре ниже 100°С, если размер «предкового» небесного тела был около 50 км – тогда давление у него внутри было достаточно низким, чтобы вода могла уйти. Уход воды мог помочь химическим реакциям, в ходе которых образовывались многочисленные органические соединения. В качестве побочного продукта в таких реакциях появляется H2O, которая, в свою очередь, подавляет сами эти реакции. Можно предположить, что разнообразие органики на небесном теле, от которого откололся Бенну, возникло оттого, что жидкая вода на небесном теле своевременно высыхала.