آیا بذرهای حیات سوار بر سیارک‌ها به زمین آمدند؟

میلیاردها سال پیش، منظومه شمسی ما با یک ابر مولکولی میان‌ستاره‌ای (مجموعه‌ای از گاز و غبار) در هم آمیخت، تا درنهایت ستاره‌ها، سیارک‌ها، سیاره‌ها و درنهایت زمین تشکیل شد. جایی در امتداد آن جدول زمانی کیهانی، اسیدآمینه‌های پیش‌ساز حیات ظاهر شدند. اسیدهای آمینه به هم متصل می‌شوند و پروتئین‌هایی را تشکیل می‌دهند که مسئول تقریباً تمام عملکردهای زیستی هستند. اما اینکه آن اسیدهای آمینه از کجا آمدند، معمایی قدیمی بوده است. آیا این واحدهای ساختمانی زیستی به نحوی از شرایط پیش‌زیستی زمین اولیه به وجود آمدند یا اینکه از جای دیگری از جهان به زمین ما آمدند؟

وایرد می‌نویسد، ستاره‌شناسان فکر می‌کنند میراث حیات باید خارج از سیاره زمین آغاز شده باشد، زیرا اسیدهای آمینه در شهاب‌سنگ‌ها، کپسول‌های زمانی آسمانی متشکل از همان مواد اولیه‌ای که منظومه شمسی ما از آن شکل گرفته است، کشف شده‌اند (شهاب‌سنگ قطعه‌ای از سیارک یا سنگ‌های فضایی دیگری است که روی زمین افتاده است).

اما با وجود تمام تلاش‌ها، دانشمندان نمی‌توانند دقیقا مشخص کنند که چگونه مولکول‌های پیش‌ساز حیات به زمین رسیده‌اند. آزمایش‌های آزمایشگاهی نمی‌توانند آنچه را که در طبیعت رخ می‌دهد، بازآفرینی کنند.

گروهی از پژوهشگران در آزمایشگاه یخ کیهانی ناسا با شبیه‌سازی فعالیت‌های شیمیایی ابرهای مولکولی میان‌ستاره‌ای و سیارک‌ها که دو مکان شناخته‌شده برای تشکیل اسیدهای آمینه هستند، تصمیم گرفتند این تناقض را بررسی کنند. درحالی‌که آن‌ها این معما را حل نکردند، نتایجی که اوایل ژانویه منتشر کردند، نشان می‌دهد اتفاق پیچیده‌ای رخ می‌دهد تا توزیع مشاهده‌شده مواد در شهاب‌سنگ‌ها تولید شود.

دنا کاسیم، اخترشیمی‌دان مؤسسه تحقیقاتی جنوب غربی که مطالعه را رهبری کرده است، می‌گوید دانستن اینکه اسیدهای آمینه از کجا آمده‌اند، می‌تواند درمورد امکان حیات در مکان‌های دیگر کیهان به ما بگوید. اگر آن‌ها از سیارک‌هایی در منظومه شمسی خودمان آمده باشند، ممکن است به این معنا باشد که این مواد منحصر به منطقه ما در جهان است. اما اگر آن‌ها توسط ابر مولکولی والدی ما پدیدار شده باشند، به ما می‌گوید که این ابر می‌تواند اساساً کیت آغازگر منجمدی برای حیات داشته باشد که در منظومه‌ها و احتمالاً سیاره‌های دیگر هم توزیع شده است.

تولید اسیدآمینه خیلی سخت نیست. مطالعات گذشته نشان داده‌اند که تحت شرایط مناسب، زمانی که پرتوهای کیهانی بر یخ‌های میان‌ستاره‌ای می‌تابند و طی واکنش‌ها و مواد شیمیایی که درون سیارک‌ها در جریان است، اسیدهای آمینه تولید می‌شوند.

زنجیره‌های کوتاه اسیدهای آمینه حتی می‌توانند به‌طور خود‌به‌خود روی گردوغبار ستاره‌ای ایجاد شوند. اما آزمایش‌های دیگر ثابت می‌کنند که این مولکول‌ها زمانی می‌توانستند در سیاره ما تولید شوند: درون چاه‌های گرمابی اعماق دریا یا زمانی که صاعقه به سوپ مولکولی ارگانیک زمین اولیه برخورد کرد.

جیسون دوورکین، اخترزیست‌شناس مرکز پرواز فضایی گادرد ناسا می‌گوید، اگرچه این مولکول‌ها (و حتی پروتئین‌هایی که تشکیل می‌دهند) به‌خودی‌خود به معنای حیات نیستند؛ مانند ویفر سیلیکون که به‌تنهایی کامپیوتر نیست. او می‌گوید: «ویفر سیلیکون در صورتی ضروری است که به شکل خاصی ساماندهی شده باشد، به منبع تغذیه متصل باشد و با نرم ‌افزاری کدگذاری شود که به آن‌ اجازه انجام کاری را بدهد.» به‌طور مشابه، بذرهای حیات باید دارای عملکردهای مشخصی مانند تولید انرژی، تکثیر و انتقال صفات به فرزندان باشند.

بنابراین، شناسایی منبع اسیدهای آمینه پیش‌زیستی اولین گام به‌سوی کشف فرایندهایی است که زیست‌شناسی را آغاز می‌کنند. با‌این‌حال، تشخیص اینکه کدام‌یک از این مسیرها (گردوغبار ستاره‌ای، سوپ بنیادین، چاه‌های گرمابی زیردریا یا یخ‌های فضایی پرتودیده) منجر به پیدایش حیات شدند، دشوار است. دوورکین می‌گوید: «دریافت اسیدهای آمینه نسبتاً ساده است. اما دریافت اسیدهای آمینه مورد استفاده در زیست‌شناسی تا حد زیادی معما است.»

حدود صد نوع مختلف اسیدآمینه در شهاب‌سنگ‌ها مشاهده شده است، اما تقریبا ده مورد از ۲۰ اسیدآمینه‌ای که برای حیات ضروری هستند، در آن‌ها مشاهده شده است. اسیدهای آمینه زیستی همچنین دارای خصوصیت منحصربه‌فردی هستند: همه آن‌ها ساختار چپ‌دست دارند، درحالی‌که فرایندهای غیرزنده مولکول‌های چپ‌دست و راست‌دست را با نسبتی برابر ایجاد می‌کنند. دوورکین می‌گوید چندین شهاب‌سنگ کشف‌شده روی زمین دارای مقادیر زیادی اسید آمینه چپ‌دست هستند و شهاب‌سنگ‌ها تنها سیستم غیرزیستی هستند که تاکنون این عدم توازن در آن‌ها مشاهده شده است.

پژوهشگران در آزمایش‌های خود این تئوری را آزمایش کردند که اسیدهای آمینه ابتدا درون ابرهای مولکولی میان‌ستاره‌ای ایجاد شدند و سپس درون سیارک‌ها به زمین آمدند. آن‌ها تصمیم گرفتند شرایطی را که این مولکول‌ها در هر مرحله از سفر خود درمعرض آن قرار می‌گرفتند، بازسازی کنند. اگر این فرایندها همان مجموعه اسیدهای آمینه را تولید می‌کرد (با همان نسبت‌ها) که در شهاب‌سنگ‌های بازیابی‌شده دیده می‌شود، به اعتبار بخشیدن به تئوری مذکور کمک می‌کرد.

گروه کاسیم با ایجاد متداول‌ترین یخ‌های مولکولی که در ابرهای میان‌ستاره‌ای (آب، کربن‌دی‌اکسید، متانول و آمونیاک) دیده می‌شود، در فضای خلاء کار خود را شروع کردند. آن‌ها سپس یخ‌ها را با پرتوی از پروتون‌های پرانرژی بمباران کردند و برخورد با پرتوهای کیهانی در اعماق فضا را شبیه‌سازی کردند. یخ‌ها در هم شکستند و به مولکول‌های بزرگ‌تری تبدیل شدند و درنهایت بقایایی را تولید کردند که با چشم غیرمسلح قابل‌رؤیت بود: تکه‌هایی از اسیدهای آمینه.

پژوهشگران سپس فضای درونی سیارک‌ها را شبیه‌سازی کردند که حاوی آب مایع است و می‌تواند به‌طرز شگفت‌آوری گرم باشد: بین ۵۰ تا ۳۰۰ درجه سانتیگراد. آن‌ها مواد باقیمانده را به مدت زمان مختلف در آب ۵۰ و ۱۲۵ درجه سانتیگراد غوطه‌ور کردند. این امر موجب افزایش سطح برخی اسیدهای آمینه، اما نه همه آن‌ها شد. برای مثال، مقدار گلیسین و سرین دو برابر شد ولی محتوای آلانین ثابت ماند. اما سطوح نسبی آن‌ها قبل و بعد از قرار گرفتن در شبیه‌سازی سیارک ثابت ماند، همیشه گلسین بیشتری نسبت به سرین و سرین بیشتری نسبت به آلانین وجود داشت.

کاسیم می‌گوید این روند قابل‌توجه است، زیرا نشان می‌دهد شرایط درون ابر میان‌ستاره‌ای تاثیر زیادی بر ساختار اسیدآمینه درون سیارک داشته است. اما درنهایت آزمایش آن‌ها به همان مشکلی برخورد که سایر مطالعات آزمایشگاهی با آن رو‌به‌رو می‌شوند: توزیع اسیدهای آمینه با آنچه در شهاب‌سنگ‌های واقعی یافت می‌شود، مطابقت نداشت. بارزترین تفاوت مقدار اضافه بتا آلانین نسبت‌به آلفا آلانین در نمونه‌های آزمایشگاهی آن‌ها بود(در شهاب‌سنگ‌ها این مورد معمولا برعکس است). اگر دستورالعملی برای ایجاد پیش‌سازهای حیات وجود داشته باشد، آن‌ها موفق به پیدا کردن آن نشدند.

به‌گفته‌ی کاسیم، علت عدم موفقیت آن‌ها احتمالا این بود که دستورالعملشان خیلی ساده بود: آزمایش‌های بعدی باید پیچیده‌تر باشند، باید مواد معدنی بیشتری اضافه کنیم و برخی از پارامترها و شرایط سیارک را نیز درنظر بگیریم.

اما احتمال دیگری هم وجود دارد. شاید نمونه‌های شهاب‌سنگی که آن‌ها برای مقایسه استفاده کرده‌اند، آلوده بوده باشد. هنگام برخورد سیارک‌ها با زمین و درنتیجه‌ی تعامل با جو و زیست‌شناسی زمین و همچنین چندین قرن فعالیت زمین‌شناسی که سنگ‌ها را دچار تغییر و تحول می‌کند، ترکیب برخی از مواد موجود در سیارکی که به زمین برخورد می‌کند، می‌تواند تغییر کند.

یکی از راه‌های آزمایش این ایده استفاده از نمونه دست‌نخوره به‌عنوان نقطه شروع است: سپتامبر امسال مأموریت اُسیریس-رکس ناسا قطعه ۲۰۰ گرمی از سیارک بنو را به خانه خواهد آورد(این نمونه ۴۰ برابر بزرگ‌تر از آخرین نمونه‌سنگ فضایی دست‌نخورده‌ای است که به دست دانشمندان رسید).

یک چهارم از نمونه‌ی مذکور برای اسیدهای آمینه مورد تجزیه‌و‌تحلیل قرار می‌گیرد که به شناسایی منبع اختلاف بین مطالعات آزمایشگاهی و شهاب‌سنگ‌ها کمک خواهد کرد. این امر همچنین می‌تواند آشکار کند که چه مواد شکننده دیگری در سیارک‌ها وجود دارند که بدون حفاظتی که فضاپیما فراهم می‌کند، نمی‌توانند به شکل دست‌نخورده به زمین برسند. این اطلاعات به تیم کاسیم کمک خواهد کرد تا دستورالعمل خود را کامل کنند.

بقیه نمونه بنو مانند بقایای نمونه‌های ماموریت ۵۰ سال پیش آپولو در ظروف محفوظ از هوا نگهداری می‌شود تا به دانشمندانی که هنوز متولد نشده‌اند، این فرصت را بدهد که با استفاده از فناوری‌ها و تکنیک‌هایی که هنوز اختراع نشده است، سیارک را تجزیه‌و‌تحلیل کنند. دورکین که از دانشمندان پروژه اسیریس-رکس است، می‌گوید: «چنین آزمایش‌هایی (که شرایط فضا را شبیه‌سازی می‌کنند) برای تفسیر نمونه‌ها حیاتی هستند.»

درک بهتر شیمی سیارک هنگام تجزیه‌و‌تحلیل سنگ‌های فضایی بازیابی‌شده مفید خواهد بود و به دانشمندان کمک می‌کند تا دریابند که کدامیک از تئوری‌های آن‌ها بیشتر از همه با طبیعت سازگار است.

البته راه دیگری نیز برای فکر کردن به این موضوع وجود دارد: شاید جایی را می‌گردیم که خیلی از خانه ما دور است. شاید شرایط منحصربه‌فردی که باعث پیدایش زیست‌شناسی شد، در همین جا و روی زمین رخ داده باشد و نه در فضا.

یانا برومبرگ، متخصص بیوانفورماتیک از دانشگاه راتگرز فکر می‌کند راز حیات در سوابق زیستی زمین یافت می‌شود و نه در سوابق زمین‌شناسی. او می‌گوید: «سنگ‌ها معمولا دستخوش تغییر می‌شوند. ردیابی تاریخ از این راه دشوار است.» درعوض، برومبرگ به دنبال الگوی ژنتیکی مورد استفاده برای ساخت انرژی سلولی یعنی فرایندی است که می‌توانسته توسط پروتئین‌های باستانی حاصل از سوپ اولیه زمین ایجاد شود. او سال گذشته، پژوهشی را منتشر کرد که تشابهاتی را در هسته‌های پروتئین‌های امروزی مورد استفاده توسط موجودات مختلف نشان می‌داد و حاکی از آن بود که آن‌ها ممکن است منشا مشترکی داشته باشند.

اما درحالی‌که برومبرگ طرفدار منشأ سیاره‌ای است، فکر نمی‌کند که فقط زمین می‌توانسته موجب حیات شود: «تصور من این است که صرف‌نظر از سیاره‌ای که روی آن قرار دارید، می‌توانید اسیدهای آمینه را از هر سوپ آغازینی تولید کنید.»

آرون برتون دانشمند سیاره‌شناسی که در مرکز فضایی جانسون ناسا مواد فضایی را تجزیه‌و‌تحلیل می‌کند تا متوجه شود چه فرایندهای شیمیایی می‌توانند منجر به حیات شده باشند، می‌گوید دانستن این موضوع جالب است. او فکر می‌کند که شاید زیست‌شناسی روی زمین ظاهر شده باشد، اما این تصور هدایت‌کننده پژوهش‌های او نیست.

ممکن است پاسخ به این سوال که آیا حیات روی زمین یا در فضا آغاز شده است، این باشد که هر دو. به‌گفته‌ی دوورکین، شاید فضا فقط مواد خام را تحویل داده است، سپس اتفاقات مهم همین جا روی زمین رخ داده باشد. اما این امکان نیز وجود دارد که فرایندهای شیمیایی مسبب ایجاد اجزای حیات در اعماق فضا نیز درحال رخ دادن باشند. این امر می‌تواند به این معنا باشد که محیط‌های فراوانی هم در زمین و هم در فضا وجود دارد که ممکن است دارای حیات باشد.