Jedním z nejpodivnějších aspektů života na Zemi - a možná i života jinde ve vesmíru - je rys, který hádá chemiky, biology i teoretické fyziky. Každý z molekulárních stavebních bloků života (aminokyseliny a cukry) má dvojče - ne identické, ale zrcadlový obraz. Stejně jako vaše pravá ruka zrcadlí vaši levou, ale nikdy se pohodlně vejde do levé rukavice, aminokyseliny a cukry přicházejí v pravé i levé verzi. Tento jev výběru biologických tvarů se nazývá „chiralita“ - od Řeka pro handedness.
Na Zemi jsou aminokyseliny charakteristické pro život všechny „levoruké“ ve tvaru a nelze je vyměnit za pravotočivý doppelgänger. Mezitím jsou všechny cukry charakteristické pro život na Zemi „praváky“. Protikladné ruce jak pro aminokyseliny, tak pro cukry existují ve vesmíru, ale nejsou využívány žádnou známou biologickou formou života. (Některé bakterie mohou skutečně převádět pravotočivé aminokyseliny na levotočivou verzi, ale ty pravicové nemohou použít tak, jak jsou.) Jinými slovy, cukry i aminokyseliny na Zemi jsou homochirální: jednoruční .
Před více než 4 miliardami let, kdy byla naše domovská planeta v ohnivé a temperamentní mládí, byly přítomny jak biologické stavební kameny, tak jejich zrcadlové odrazy. Ve skutečnosti oba dnes na Zemi koexistují - prostě ne v životě, jak jej známe. Určitě, pokud si v laboratoři uvaříte dávku aminokyselin, cukrů nebo jejich prekurzorových molekul, dostanete vždy 50-50 směs levého a pravého. Ale jaksi se život objevil v nesčetných tisíciletích, které následovaly po vytvoření Země, byly vybrány pouze aminokyseliny po levé straně a cukry po pravé straně.
Chirální molekuly byly dokonce nalezeny v mezihvězdném prostoru. V objevu mezník, který oznámila Národní observatoř pro radioastronomii v červnu letošního roku, vědci identifikovali molekuly ve středu galaxie, které by se daly použít ke konstrukci cukru pravého i levého. I když stále nemají tušení, zda existuje více jedné ruky než druhé, nález připravuje půdu pro další experimenty, které by mohly osvětlit více o původech handedness.
Stále přetrvávají velké otázky: Jak a proč si život vybral pouze jednu ze dvou zrcadlových odrazů, aby vytvořil každé své stvoření ve svém zvěřince? Vyžaduje život, aby se dostal na začátek, nebo by mohly existovat formy života, které využívají pozemské stavební bloky i jejich alter ega? Vznikly semena homochirality v hlubinách mezihvězdného prostoru, nebo se zde vyvinuly na Zemi?
Konceptuální obrázek OSIRIS-REx. (NASA / Goddard / Arizonská univerzita) Jason Dworkin, který vede astrochemickou laboratoř v Goddardově vesmírném letovém centru NASA v Greenbeltu, Maryland říká, že jednou výzvou pro vědce, kteří se pokoušejí odpovědět na tyto otázky, je, že „časná Země je pryč a máme řadu velmi, velmi slabých důkazů o jaké to bylo. “Čtyři nebo tak miliardové roky sopečných erupcí, zemětřesení, bombardování meteorů a samozřejmě hluboký geologický vliv samotného života tak transformovaly planetu, že je téměř nemožné vědět, jak Země vypadala, když život začal. To je důvod, proč Dworkinova výzkumná skupina a mnoho z jeho kolegů v NASA se zaměřuje na meteority - zbytky vesmírných zbytků, které se dostanou dolů k pevné zemi.
"Jsou to časové tobolky před 4, 5 miliardami let, " říká Dworkin. "To, co nyní shromažďujeme v meteoritech, je velmi podobné tomu, co tehdy pršelo na Zemi."
Dworkin je také vedoucím vládním vědcem v misi OSIRIS-REx u asteroidu poblíž Země, Bennu. Mise, která začíná v září, stráví kolem roku měřením asteroidu, aby lépe pochopila, jak se pohybuje naší sluneční soustavou. Až čas vesmírné lodi s Bennuem vyprší, získá konečnou cenu: vzorek z povrchu asteroidu, který v roce 2023 přinese zpět na Zemi, aby vědci mohli studovat jeho chemické složení. "Všechno, co děláme, podporuje získání jednoho vzorku, " říká Dworkin.
Vědci si vybrali Bennu částečně kvůli jeho podobnosti se zvláštním typem meteoritu, který poskytuje zajímavý (i když v žádném případě nezvratný) vodítko k počátkům homochirality. Mnoho meteoritů obsahuje molekuly na bázi uhlíku včetně aminokyselin a cukrů, které jsou pro život tou pravou ingrediencí. Dworkinova skupina analyzovala složení těchto „organických“ sloučenin v desítkách meteoritů a dospěla k překvapivému závěru. Často byla nalezena jak levá, tak pravostranná verze například aminokyseliny ve stejném množství - přesně to, co by se dalo očekávat. Ale v mnoha případech byla jedna nebo více organických molekul nalezena s nadbytkem jedné ruky, někdy s velmi velkým nadbytkem. V každém z těchto případů a v každém dosud studovaném meteoritu jinými vědci v oboru byla nadbytečnou molekulou levotočivá aminokyselina, která se nachází výhradně v životě na Zemi.
Dworkin říká, že vzorek z Bennu může poskytnout ještě silnější důkaz tohoto jevu. "Na rozdíl od meteoritů, které jeden padají na zem a poté se kontaminují, a dva jsou oddělené od jejich mateřského těla, " s Bennu budou vědci přesně vědět, odkud vzorek pochází z asteroidu. Přijímají „mimořádná opatření“ potvrzují, že nic z biologie Země nemůže vzorek kontaminovat. "Když tedy v roce 2023 dostaneme (doufejme) nadbytek aminokyselin na vzorek Bennu, můžeme si být jisti, že to není kontaminace, " říká Dworkin.
Důkaz tak daleko od meteoritů naznačuje, že možná existuje způsob, jak dosáhnout homochirality bez života. Dworkin však říká: „Nevíme, jestli chemie, která vede k homochiralitě a životu, pocházela z meteoritů, z procesů na Zemi nebo snad z obou.“ Stále existuje otázka, jak a proč se tento přebytek vyvíjel v meteorit nebo jeho rodič asteroidů nebo na počátku Země na prvním místě.
Hypotézy oplývají. Například polarizované světlo nacházející se na naší straně galaxie může zničit pravou verzi mnoha aminokyselin malým, ale znatelným množstvím. Mírný přebytek levotočivé aminokyseliny by pak musel být drasticky zesílen, aby se dostal na úroveň nalezenou v živých organismech na Zemi.
Je to tento proces zesílení, který zaujme Donnu Blackmondovou z výzkumného institutu Scripps Research Institute v La Jolla v Kalifornii. Blackmond studuje potenciální chemicaloriginy homochirality téměř po celou dobu své kariéry. "Myslím, že to bude nějaká kombinace chemických a fyzikálních procesů, " říká. Blackmondova skupina se v současné době snaží zjistit, jak se chemické reakce, které se mohly odehrávat na počátku Země, mohly ovlivnit, aby vytvořily pouze stavební bloky života. V roce 2006 její tým ukázal, že by mohli amplifikovat pouze levou formu aminokyseliny počínaje malým přebytkem. V roce 2011 ukázali, že amplifikovaná aminokyselina by pak mohla být použita k produkci obrovského přebytku prekurzoru RNA, který je vyroben z pravé ruky cukrem, který je k němu připojen. (RNA je považována mnoha vědci za původní biologickou molekulu.) Blackmond a mnoho dalších chemiků učinilo pokroky v tomto typu chemie, ale stále jsou daleko od toho, aby dokázali modelovat všechny chemikálie a podmínky, které by mohly existovat na asteroidu nebo juvenilní planetě.
Blackmond rovněž poznamenává, že není ani zdaleka jasné, že život potřebuje úplnou homochiralitu, aby mohl začít. "Jedním skutečným extrémem by bylo říci, že se nic nemůže stát, dokud nebudeme mít úplně homochirální fond stavebních bloků, a myslím, že to je pravděpodobně příliš extrémní, " říká. „Mohli bychom začít vyrábět polymery informačního typu“ - podobně jako DNA a RNA - „možná předtím, než jsme měli homochiralitu.“ Prozatím mohou všichni vědci klást otázky o molekulách zde na Zemi a na nebeských tělesech, které nás obklopují. V naději, že se odemkne ještě jedna část této hádanky, vědci nyní vyvíjejí nové technologie, aby určili, zda v mezihvězdném prostoru jsou excesy jedné ruky.
Mezitím bude život na Zemi pokračovat, tajemný a asymetrický jako vždy.
