Новое исследование образцов с астероида Рюгу обнаружило неожиданно много азота. Это заставило учёных заподозрить в астероидах и метеоритах переносчиков этого элемента с окраин Солнечной системы вовнутрь, включая околоземное пространство. Без азота биологическая жизнь на нашей планете могла бы не зародиться или приняла бы иную причудливую форму.

Забор образцов астероида в представлении художника. Источник изображения: JAXA

В образах с Рюгу, которые доставил на Землю японский аппарат «Хаябуса-2» (Hayabusa2) в 2020 году, учёные нашли много чего интересного. Во-первых, минералы астероидного происхождения оказались старше нашего Солнца, что означает их принадлежность к тем кирпичикам, из которых в нашей системе состоит всё, что мы в ней видим. Во-вторых, в образцах обнаружена сложная органика в виде витаминов и ряда базовых аминокислот, которые участвуют в биохимии земных организмов.

Теперь выясняется, о чем исследователи сообщили в свежей статье в журнале Nature Astronomy, что астероиды и метеориты обеспечили ранней Земле транспорт азота из внешних областей системы во внутреннюю.

«Наши последние результаты позволяют предположить, что [в пространство] вблизи Земли было перенесено большее количество соединений азота, чем считалось ранее, которые потенциально могли послужить строительными блоками для жизни на нашей планете», — поделился мыслями Хоуп Ишии (Hope Ishii), соавтор исследования и преподаватель Гавайского института геофизики и планетологии в Школе наук об океане и Земле (SOEST) UH Mānoa.

Что касается конкретных открытий, то в образцах с Рюгу выявлено значительное количество таких неорганических соединений азота, как нитрид железа (Fe₄N). Очевидно, астероид был покрыт им едва ли не как коркой. При этом изначально астероиды данного типа (из углеродистых хондритов) содержат мало таких соединений.

По мнению исследователей, образование соединения железа и азота возникло в ходе физико-химических реакций железистого вещества астероида (соединение железа и кислорода) с водородом при постоянной бомбардировке его поверхности микрометеоритами. Азотные соединения прибывали на астероиды с микрометеоритами. Их удары вызывали локальный разогрев и, в сочетании с бомбардировкой астероидов солнечным ветром — заряжёнными частицами водорода, кислород улетучивался, а оставшееся чистое железо активно связывалось с азотом.

Образца астероида Рюгу под электронным микроскопом. Источник изображения: KyotoU/Toru Matsumoto

Возникающий в богатой азотом микрометеоритной среде на окраинах Солнечной системы нитрид железа переносился во внутреннюю область системы и в плоскость эклиптики, где рано или поздно оказывался на нашей планете. Раньше такой механизм переноса не был хорошо изучен, но теперь о нём можно говорить более предметно. Интересно, что покажет анализ образцов с астероида Бенну? Давно о них не было слышно.

На днях вышла очередная научная работа с обзором проб грунта с подповерхностного слоя астероида Рюгу. Образцы доставила японская автоматическая станция «Хаябуса-2» (Hayabusa2). Пробы с Рюгу уже подвергались анализу, и новые исследования снова подтвердили наличие в них ключевых для возникновения жизни органических соединений, включая обнаружение витаминов.

Источник изображения: NASA/JAXA/Dan Gallagher

Рюгу — это околоземный астероид, возраст которого оказался старше нашего Солнца. Наличие в его структуре базовых кирпичиков ДНК и РНК — азотистых оснований — намекает на то, что органические соединения, необходимые для зарождения биологической жизни, как мы её знаем, образовались задолго до появления планет в Солнечной системе и Земли в частности. Выжить в космических условиях они смогли глубоко в недрах астероидов, куда радиация не смогла добраться и, в таком виде, вероятно, попали на нашу планету. По крайней мере, такой сценарий допустимо рассматривать как один из вероятных.

«Когда исследователи проанализировали образцы, собранные из двух разных мест на астероиде, они обнаружили урацил, один из строительных блоков РНК, а также витамин B3, или ниацин (ключевое соединение для метаболизма в живых организмах)», — сообщает интернет-ресурс CNN со ссылкой на вчерашнюю статью в Nature Communications.

Интересно отметить, что традиционно органику в метеоритах искали с помощью помещения образцов в сильно нагретую муравьиную кислоту. Она служила растворителем и вытягивала из образцов достаточно органики для последующего анализа. В то же время кислота уничтожала ряд соединений, что не позволяло выявлять много интересного.

С недавних пор в качестве растворителя стали использовать обычную холодную дистиллированную воду. В заново проведённых таким способом экспериментах в образцах метеоритов были обнаружены все четыре базовых азотистых основания. Оставалось опасения, что образцы обычных метеоритов загрязнены при падению на Землю. Образцы с Рюгу в этом плане были стерильны, а новое исследование проведено с использованием в качестве растворителя горячей воды.

«В образце были обнаружены и другие биологические молекулы, включая ряд аминокислот, аминов и карбоновых кислот, которые содержатся в белках и [участвуют в] метаболизме соответственно», — заметил один из авторов новой работы.

Подтвердить или опровергнуть широкое распространение «базовой» органики в космосе смогут образцы с другого астероида — Бену, который автоматическая межпланетная станция OSIRIS-REx доставит на Землю в сентябре этого года.

В образцах астероида Рюгу, доставленных на Землю, учёные обнаружили большое количество органических молекул, которые могли бы послужить строительными элементами в случае возникновения условий для появления жизни. Материалы, добытые в ходе миссии «Хаябуса-2», содержат т.н. «пребиотическую органику».

Источник изображения: JAXA

Как сообщает портал Space.com, речь идёт о нескольких видах аминокислот, используемых живыми организмами для создания протеинов, необходимых для регулирования химических реакций и формирования сложных структур вроде волос и мускулов. Эти молекулы могут формироваться в том числе и в ходе процессов, не связанных с жизнью — в недрах астероидов. Открытие учёных добавляет правдоподобности теории, согласно которой базовые ингредиенты, необходимые для возникновения жизни на Земле, могли бы быть доставлены на планету из космоса.

По словам ведущего автора исследования из японского Университета Кюсю Хироси Нараоки (Hiroshi Naraoka), присутствие в образцах с поверхности астероида пребиотических молекул, несмотря на неблагоприятную космическую среду, свидетельствует, что самый верхний слой астероида способен защищать органику от космической радиации и других факторов. Таким образом, молекулы способны распространяться по Солнечной системе, путешествуя в составе межпланетных пылевых частиц после того, как покинут сам астероид, например, в результате столкновения с другим небесным телом или по другим причинам.

Органические вещества содержат углерод в соединениях с водородом, кислородом, азотом, серой и другими химическими элементами. На Земле подобные соединения являются основным строительным материалом для создания всех форм жизни. Тем не менее соединения могут возникать в результате химических процессов, не связанных с живыми организмами. Помимо аминокислот в образцах с Рюгу обнаружены и другие органические пребиотические молекулы — алифатические амины, карбоновые кислоты, полициклические ароматические углеводороды и содержащие азот гетероциклические соединения.

Источник изображения: JAXA

По словам представителя NASA, пока находки с Рюгу в целом соответствовали тому, что можно обнаружить в некоторых типах углеродистых метеоритов. Но в материалах с Рюгу отсутствуют сахара и компоненты ДНК и РНК, выявленные на других, богатых углеродом астероидах. Учёные предполагают, что эти компоненты на Рюгу имеются, но в слишком малых объёмах, не позволяющих зарегистрировать их присутствие приборами.

В дальнейшем образцы с Рюгу будут сравниваться с образцами с астероида Бенну, собранными в 2020 году, когда выполняемая NASA миссия OSIRIS-REx будет завершена возвращением на Землю с материалами в 2023 году. Ожидается, что с Бенну будет доставлено значительно больше образцов, что даст ещё одну возможность найти в богатых углеродом астероидах следы «кирпичиков» для построения жизни.

Результаты посвящённого Рюгу исследования опубликованы 24 февраля в журнале Science.

Анализ образцов астероида Рюгу позволил установить его возраст и примерный регион происхождения в космическом пространстве. Исследования показывают, что, хотя сегодня он классифицируется как околоземный объект, его путешествие во внутреннюю Солнечную систему началось миллиарды лет назад и во многих миллионах километров от Земли.

Источник изображения: JAXA

Известно, что подобные Рюгу астероиды состоят из материала, оставшегося после формирования Солнечной системы 4,5 млрд лет назад. Это означает, что их исследование позволяет оценить химический состав ранней Солнечной системы и понять, как формировались её «задворки». Рюгу в рамках миссии «Хаябуса-2» посетил аппарат Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA). В 2020 году он собрал образцы, которые сегодня изучаются командами учёных по всему миру. Исследования ведутся с помощью самых разных методик и инструментов.

Команда Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США использовала рентгеновское оборудование, для применения т. н. мессбауэровской спектроскопии, помогающей найти малейшие отличия при изучении каждой частицы. Исследования показали, что Рюгу сформировался во внешней Солнечной системе — его частицы отличаются от тех, которые формируются в небесных телах, находящихся вблизи Солнца. Кроме того, фрагменты пористые, что говорит о том, что ранее они содержали замёрзшую воду и лёд. Углекислый газ и вода могли существовать в твёрдой форме на расстоянии в 3-4 раза дальше от Солнца, чем находится от него Земля. Это свидетельствует о том, что тело, от которого откололся Рюгу, находилось как минимум на этом расстоянии, возможно, даже за орбитой Юпитера.

В отличие от небесных тел, естественным путём падающих на Землю и подвергающихся воздействию богатой кислородом атмосферы, частицы Рюгу доставлялись на планету в вакуумных контейнерах, поэтому сохранились в неизменном виде и не окислялись кислородом.

Источник изображения: JAXA

Изучение образцов показало, что химический состав идентичен тому, который характерен для некоторых метеоритов, попавших на Землю — углистых CI-хондритов, на Земле в руках учёных имеется всего девять подобных образцов. Использование спектроскопии позволило установить, что образцы также содержат большое количество пирротина — сульфида железа, отсутствующего в дюжине других образцов исследованных метеоритов.

Считается, что Рюгу сформировался при столкновении «родительского» объекта с другим небесным телом, и, как и следы льда, пирротин позволяет примерно установить, в каком регионе приблизительно находился астероид на момент столкновения. Исследования свидетельствуют, что основное тело сформировалось примерно через 2 млн лет после формирования Солнечной системы. Хотя «родительское» тело изначально состояло из множества материалов, включая замёрзшую воду и диоксид углерода, в последующие три миллиона лет лёд таял, после чего осталась гидратированная сердцевина и сравнительно сухая поверхность.

Примерно через миллиард лет родительское тело столкнулось с другим, которое отделило от него фрагменты, со временем объединившиеся в то, что теперь известно, как астероид Рюгу, мигрировавший во внутреннюю Солнечную систему.