En näve kosmiskt grus kan innehålla svaret på livets största gåta

Japanska forskare har granskat prover från asteroiden Ryugu och påträffat en fullständig uppsättning molekyler som varje känd organism måste ha för att existera. Upptäckten stärker hypotesen om att livets fundamentala byggstenar inte uppstod på den unga jorden, utan färdades hit inuti små kosmiska stenar.

Ryugu är en liten asteroid som kretsar i jordens närhet. Den har en diameter på ungefär 900 meter och en karaktäristisk, lätt diamantformad profil. På avstånd liknar den ett enormt stycke mörkt grus med rundade kanter. Ändå är denna till synes obetydliga stenhög något av en tidskapsel – ett av de äldsta bevarade fragmenten av materia från vårt solsystems tidigaste period.

Hayabusa2-uppdraget och dess historiska provtagning

År 2014 sände den japanska rymdstyrelsen iväg rymdsonden Hayabusa2 mot asteroiden. Sex år senare avslutades uppdraget med fullständig framgång. Sonden hämtade två små provserier från två olika platser på asteroidens yta och levererade dem säkert tillbaka till jorden. Varje prov vägde bara 5,4 gram – mindre än en tesked sand.

Dessa få gram mörkt grus har visat sig vara en av de mest värdefulla vetenskapliga skatterna under de senaste åren. Sedan 2020 har proverna genomgått en rad mycket noggranna analyser i sterila laboratorier. Målet var inte bara att kartlägga stensammansättningen, utan framför allt att upptäcka organiska föreningar med möjlig koppling till livets ursprung.

Vilka molekyler utgör grunden för allt känt liv

Varje cell på jorden använder sig av två anmärkningsvärda molekyler: DNA och RNA. Det är just dessa som lagrar och vidarebefordrar instruktioner för hur en organism ska byggas upp. Man kan föreställa sig dem som en handbok där texten är skriven med fem grundläggande kemiska bokstäver – de så kallade kvävbaserna eller nukleobaser.

Dessa fem är adenin, guanin, cytosin, tymin och uracil. Tymin förekommer i DNA, medan uracil finns i RNA. Tillsammans utgör dessa molekyler grunden för den genetiska koden hos alla jordiska organismer, från bakterier till människor.

Tidigare hade man lyckats hitta enstaka av dessa ämnen i meteoriter och kosmiska dammprover, typiskt i spårmängder. Ibland dök två eller tre upp samtidigt. Men den kompletta uppsättningen som motsvarar det vi känner från biologin saknades alltid.

Ett team från Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology undersökte material från Ryugu och stötte äntligen på något som förändrar hela pusselbildens omfattning. I proverna förekom alla fem nukleobaser samtidigt. Just denna kompletta uppsättning fick forskarna att tala om ett genombrott – inte bara ännu ett intressant resultat.

Varför tymins närvaro väcker sådan entusiasm hos forskarna

Den största förtjusningen beror på fyndet av tymin. Tidigare undersökningar av Ryugu hade påvisat uracil, vilket passade bra med den populära föreställningen om att ett långt enklare system baserat uteslutande på RNA möjligen uppstod tidigare än DNA. Detta scenario – den så kallade RNA-världshypotesen – antar att de första livsformerna använde bara en molekyl som både fungerade som genetiskt minne och kemiskt verktyg.

Tymins närvaro i samma urgamla material pekar på något långt mer djärvt. Om en beståndsdel som är typisk för DNA naturligt kunde bildas i asteroidens iskalla, skuggade hålrum, kan sofistikerade genetiska system ha existerat i kosmos långt innan den gästvänliga jorden tog form.

Med andra ord: det material våra celler använder kan ha mognat i avlägsna delar av solsystemet innan oceanerna och de första stabila kontinenterna överhuvudtaget uppstod. En komplett uppsättning nukleobaser i en enda näve kosmiskt damm antyder att livets grundläggande alfabet inte är förbehållet jorden ensam.

Forskare från universitet i Tokyo och Hiroshima understryker att upptäckten utgör ett avgörande bevis för teorin om kemisk panspermie. Enligt denna hypotes kan asteroider och kometer ha spridit livets byggstenar över hela solsystemet.

Ett motsvarande fynd från asteroiden Bennu bekräftar resultaten från Ryugu

Forskarna uppmärksammar att Ryugu inte är det enda naturliga laboratoriet av detta slag. Oberoende team som har undersökt prover från en annan asteroid, Bennu, har likaså rapporterat om fynd av en komplett uppsättning nukleobaser. Det är ett starkt argument för att vi har att göra med en vanlig kemisk process – inte ett enda exceptionellt fall.

I praktiken antyder det att asteroidbältet och solsystemets yttre regioner huserade hela förråd av ämnen, redo att levereras till unga planeter. NASAs OSIRIS-REx-uppdrag levererade prover från Bennu 2023, och analyserna avslöjade en överraskande liknande kemisk sammansättning.

Båda asteroiderna – Ryugu och Bennu – tillhör kategorin så kallade kolhaltiga kondriter av typ C. Dessa mörka, kolrika objekt innehåller stora mängder vatten och organiska föreningar och representerar några av solsystemets mest primitiva kroppar.

Adenin påträffat i en koncentration på flera mikrogram per gram material
Guanin närvarande i jämförbara mängder som adenin
Cytosin påvisat i spår, men mätbara koncentrationer
Tymin identifierat med hjälp av masspektrometri
Uracil bekräftat i båda provserierna från olika platser på ytan
Aminosyror, däribland glycin och alanin
Enkla sockerarter som påminner om ribos
Lipidprekursorer som kan bilda membranliknande strukturer

Hur forskarna analyserar så känsliga livsspår utan kontaminering

Den största utmaningen för forskarna var renhet. Några få gram material från Ryugu kan mycket lätt kontamineras av jordisk biologi – till exempel fingeravtryck eller laboratoriestoft. Därför skedde hela processen från öppning av kapseln till kemisk analys i specialkammare fyllda med ädelgas, och all utrustning rengjordes och kalibrerades upprepade gånger.

För att påvisa nukleobaser använde forskarna avancerade metoder som kromatografi kombinerat med masspektrometri. Dessa tekniker gör det möjligt att separera och identifiera även mycket komplexa blandningar av föreningar genom att följa det karakteristiska massavtrycket hos varje enskild molekyl.

Forskarna måste också skilja signalen från asteroiden själv från eventuella jordiska kontaminationsspår. Detta gjordes genom att jämföra provsammansättningarna med kontamineringsrisken och genom att analysera olika materialfragment separat. Laboratorier i Japan använde för detta ändamål rena kammare med kontrollerad kväveatmosfär.

Forskare från Tokyos universitet understryker att steriliseringsprotokollen var strängare än de som användes vid analyser av månstensprovet från Apollo-programmet. Varje instrument genomgick UV-bestrålning och kemisk rengöring med organiska lösningsmedel.

Vad annat döljer gruset från Ryugu utöver nukleobaser

Utöver nukleobaser hittade forskarna också andra organiska föreningar i proverna – däribland aminosyror och molekyler som liknar enkla fettämnen eller sockerarter. Tillsammans bildar detta vad forskarna beskriver som en kemisk soppa som påminner om vad som en gång kan ha fyllt de urtida oceanerna.

En sådan miljö främjar bildandet av allt mer komplexa molekylära system. Så snart förutsättningarna finns – flytande vatten, energi från solen eller geotermiska reaktioner, lämpligt temperaturintervall – kan det från denna blandning uppstå molekyler som kan kopiera sig själva från generation till generation.

Forskarna identifierade även polycykliska aromatiska kolväten i proverna, som är vanliga i det interstellära mediet. Dessa föreningar med sexatomiga kolcirklar kan fungera som förstadier till mer komplexa organiska molekyler.

Material från Ryugu innehåller dessutom vattenförändrade mineraler, vilket tyder på att asteroiden vid något tillfälle har haft flytande vatten i vissa områden. Forskare från Kyoto-universitetet har upptäckt hydratiserade silikater och karbonater som bara bildas i närvaro av H₂O.

Vad dessa upptäckter betyder för sökandet efter liv i andra världar

Om livets byggstenar visar sig vara en naturlig produkt av kosmisk kemi, upphör vår existens att framstå som ett exceptionellt undantag. Frågan uppstår: hur många andra planeter i galaxen har mottagit motsvarande paket från asteroider och kometer? I ett sådant scenario blir jakten på biologiska spår på Mars, Jupiters månar eller i atmosfärerna på avlägsna exoplaneter till något långt mer än en intressant vetenskaplig övning.

Ryugu och Bennu påminner oss om att gränsen mellan död kemi och livets första stadier är hårfin. Små himlakroppar kan uppträda som förmedlare – de lagrar material bildat i kalla regioner av det unga solsystemet och krockar med växande planeter, varvid de förändrar dessa planeters öde i miljarder år.

Forskare från NASA och den Europeiska rymdorganisationen planerar ytterligare uppdrag till asteroider, däribland Psyche och Didymos. Dessa objekt kan leverera ytterligare bevis för fördelningen av organiska molekyler över hela solsystemet. Astronomer som undersöker exoplaneters spektra söker efter liknande kemiska signaturer i atmosfärerna hos planeter som kretsar runt avlägsna stjärnor.

För den vanliga läsaren kan det låta abstrakt – men det kan uttryckas enklare. Nästa gång du tittar på en sten vid en svensk strand är det värt att komma ihåg att dess minsta beståndsdelar – kol-, kväve- och fosforatomer – troligen började sin resa under förhållanden mycket lika dem på Ryugu. En del av den kemi som gör det möjligt för dig att överhuvudtaget tänka och läsa kan ha bildats på en sådan mörk, roterande klump av grus som en gång kretsade långt från solen.