На астероиде Рюгу обнаружен компонент РНК

Недавний анализ образцов с астероида Рюгу, собранных зондом «Хаябуса-2» Японского космического агентства, показал наличие урацила — одного из нуклеиновых оснований, входящих в состав РНК. Исследователи также обнаружили присутствие витамина B3 (или ниацина). Эти находки подтверждают гипотезу о том, что важные строительные блоки жизни создаются в космосе и, возможно, были доставлены на Землю метеоритами.

Японская миссия «Хаябуса-2» достигла астероида Рюгу в июне 2018 года. В декабре 2020 года зонду удалось вернуть на Землю 5,4 грамма порошка и частиц астероида. Первоначальные анализы показали, что порода похожа на углеродистые хондриты, и выявили присутствие нескольких органических соединений, таких как рацемические аминокислоты, алкиламины, карбоновые кислоты, полициклические ароматические углеводороды и азотистые гетероциклические молекулы.
Используя новый аналитический метод, позволяющий обнаруживать и идентифицировать нуклеобазы в малых масштабах при чрезвычайно низких концентрациях — от частей на миллиард (ppb) до частей на триллион (ppt) — международная группа ученых отправилась на поиски нуклеобаз и других классов азотистых молекул в образцах с астероида Рюгу. Метод, опробованный на водных экстрактах из метеорита Мерчисон, уже оказался успешным: команда успешно обнаружила все пять нуклеобаз (аденин, гуанин, цитозин, тимин, урацил) в концентрациях от 4 до 72 ppb.

Новые доказательства происхождения первых строительных блоков жизни на Земле

Для анализа образцы Рюгу (около 10 мг) были подвергнуты экстракции горячей водой при 105 °C в течение 20 часов с последующим кислотным гидролизом. Элементный и изотопный анализы показали «очень хорошее сходство» с углеродистыми хондритами типа CI, сообщают исследователи в журнале Nature Communications. Инфракрасные спектры отражения образцов показали характерные сигналы функциональных групп -OH, -NH и -CH.

Команда проанализировала образцы с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии в сочетании с масс-спектрометрией высокого разрешения с ионизацией электрораспылением. Масс-хроматограммы показали наличие урацила (C4H4N2O2) — нуклеинового основания рибонуклеиновой кислоты (РНК) — в кислотных гидролизатах обоих образцов; команда сообщает о концентрации около 11 и 32 ppb в образцах A0106 и C0107, соответственно. Однако кислотный гидролиз, вероятно, способствовал увеличению содержания урацила, говорят исследователи, которые оценивают, что первоначальная концентрация (до гидролиза) должна была составлять около 7 и 21 ppb соответственно.
Сравнение элементарных профилей образцов А0106 (1-й участок) и С0107 (2-й участок) из Рюгу по углероду, азоту и водороду с профилями эталонных углистых хондритов (CI, CM, CO, CR, CV). Содержания элементов (C, N, H) A0106 и C0107 были одинаковыми.

Они также идентифицировали структурные изомеры урацила, но не обнаружили присутствия других нуклеобаз ДНК или РНК, что может означать, что они либо отсутствуют вовсе, либо присутствуют в количествах ниже предела обнаружения.

Соединения, которые, вероятно, происходят из более простых молекул

Исследователи сообщают, что они также обнаружили в кислотном гидролизате образцов Рюгу соединения на основе пиридина. В частности, хроматограммы показали наличие протонированного иона никотиновой кислоты (C6H5NO2) — кислоты, известной как ниацин или витамин B3 — и ее структурного изомера, изоникотиновой кислоты. Витамин B3 играет важную роль в качестве кофактора в углеводном, жировом и белковом обмене. Команда сообщает о концентрации витамина B3 в диапазоне от 49 до 99 ppb.

«Ученые и раньше находили нуклеобазы и витамины в некоторых богатых углеродом метеоритах, но всегда оставался вопрос о загрязнении в результате воздействия земной среды», — пояснил профессор Ясухиро Оба из Университета Хоккайдо, первый автор исследования, в котором сообщается об открытии.
Масс-хроматограммы, показывающие присутствие никотиновой кислоты и изоникотиновой кислоты в кислотном гидролизате горячих водных экстрактов образцов A0106 и C0107 (и в образцах из метеорита Orgueil, для сравнения).

Алкилированные гомологи урацила, а также молекулы других N-гетероциклических молекул (таких, как пиримидин и никотиновая кислота) с большим числом атомов углерода также были обнаружены в метанольных экстрактах образцов. Присутствие этих молекул в сочетании с тем, что образцы тщательно контролировались на предмет загрязнения, позволяет предположить, что они образовались не под контролем земной биологии, а «в результате ряда абиотических процессов во внеземной среде», — заключает команда.

Хотя образцы были взяты с одного и того же астероида, в них обнаружены разные концентрации каждого вида. Исследователи считают, что это различие, вероятно, связано с изменениями (более или менее выраженными), вызванными энергичными частицами, такими как ультрафиолетовые фотоны и космические лучи. «Органические молекулы поверхностных материалов должны были подвергнуться более энергичным процессам, чем молекулы подповерхностных материалов», — пишут они.

Что касается механизмов образования этих азотных соединений, они предположили, что они произошли, по крайней мере частично, от более простых молекул, таких как аммиак, формальдегид и цианистый водород. Хотя эти три молекулы до сих пор не были обнаружены в образцах Рюгу, они были идентифицированы в кометном льду, и Рюгу мог произойти от кометы или другого родительского тела, в котором присутствовала низкотемпературная среда.

Это исследование подкрепляет существующие теории об источнике нуклеобаз на ранней Земле. Теперь исследователи намерены провести сравнительный анализ с использованием образцов с астероида Бенну, которые успешно собрала миссия НАСА OSIRIS-REx в октябре 2020 года; возвращение этих образцов запланировано на сентябрь.

Источник