Et af de underligste aspekter af livet på Jorden - og muligvis af livet andetsteds i kosmos - er et træk, der blander både kemikere, biologer og teoretiske fysikere. Hver af livets molekylære byggesten (aminosyrer og sukkerarter) har en tvilling - ikke en identisk, men et spejlbillede. Ligesom din højre hånd spejler din venstre, men aldrig kommer til at passe komfortabelt i en venstrehåndshandske, kommer aminosyrer og sukker i både højre og venstre version. Dette fænomen med valg af biologisk form kaldes ”chiralitet” - fra den græske for overdragelse.
På Jorden er de aminosyrer, der er karakteristiske for livet, alle "venstrehåndede" i form og kan ikke udveksles med deres højrehåndede doppelgänger. I mellemtiden er alle sukkerarter, der er karakteristiske for livet på Jorden, "højrehåndede." De modsatte hænder for både aminosyrer og sukkerarter findes i universet, men de bruges bare ikke af nogen kendt biologisk livsform. (Nogle bakterier kan faktisk omdanne højrehåndede aminosyrer til den venstrehåndede version, men de kan ikke bruge de højrehåndede, som de er.) Med andre ord, både sukker og aminosyrer på Jorden er homokirale: enhånds .
For mere end 4 milliarder år siden, da vores hjemmeplanet var i sin fyrige og temperamentsfulde ungdom, var både de biologiske byggesten og deres spejlreflektioner til stede. Faktisk eksisterer begge stadig på Jorden i dag - bare ikke i livet, som vi kender det. Bestemt, hvis du koger et parti aminosyrer, sukkerarter eller deres forstadiemolekyler på et laboratorium, får du altid en 50-50 blanding af venstre og højre. Men på en eller anden måde, da livet opstod i de utallige årtusinder, der fulgte Jordens dannelse, blev kun de venstrehåndede aminosyrer og de højrehåndede sukkerarter valgt.
Chirale molekyler er endda blevet fundet i det interstellare rum. I en milepæl-opdagelse, der blev annonceret af National Radio Astronomy Observatory i juni, identificerede forskere molekyler i midten af galaksen, der kunne bruges til at konstruere enten den højre- og venstrehåndede sukker. Selvom de stadig ikke har nogen anelse om, hvorvidt der er mere af den ene hånd end den anden, sætter fundet scenen for yderligere eksperimenter, der kunne belyse mere om overdragelsen af rethed.
De store spørgsmål er stadig tilbage: Hvordan og hvorfor valgte livet kun en af to spejlreflektioner til at konstruere hver eneste væsen i hendes menagerie? Kræver livet homokiralitet for at komme i gang, eller kunne der findes livsformer, der bruger både de jordiske byggesten og deres alter egoer? Stammede frøene fra homokiralitet ud i dybden af det interstellare rum, eller udviklede de sig her på Jorden?
Konceptuelt billede af OSIRIS-REx. (NASA / Goddard / University of Arizona) Jason Dworkin, der leder Astrochemistry Laboratory ved NASA's Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, siger, at en udfordring for forskere, der forsøger at besvare disse spørgsmål, er, at ”den tidlige jord er væk, og vi har en række meget, meget sparsomme beviser på hvordan det var. ”Fire eller så milliarder år af vulkanudbrud, jordskælv, meteorbombardementer og selvfølgelig den dybe geologiske påvirkning af selve livet har forvandlet planeten, at det næsten er umuligt at vide, hvordan Jorden så ud, da livet begyndte. Det er grunden til, at Dworkins forskergruppe og mange af hans kolleger på NASA fokuserer på meteoritter - resterne af rumrester, der finder vej ned til fast grund.
”Dette er tidskapsler fra for 4, 5 milliarder år siden, ” siger Dworkin. ”Så det, vi indsamler i meteoritter nu, ligner meget det, der regnede ned på Jorden dengang.”
Dworkin er også den førende regeringsvidenskabsmand på OSIRIS-REx-missionen til den nærjordiske asteroide, Bennu. Missionen, der lanceres i september, vil bruge et år på at måle asteroiden for bedre at forstå, hvordan den bevæger sig gennem vores solsystem. Når rumfartøjets tid med Bennu er ude, indsamler det den ultimative præmie: en prøve fra overfladen af asteroiden, som den vil bringe den tilbage til Jorden i år 2023, så forskere kan studere dens kemiske sammensætning. ”Alt, hvad vi gør, understøtter at få den ene prøve, ” siger Dworkin.
Forskerne valgte Bennu til dels på grund af dens lighed med en speciel type meteorit, der giver en spændende (dog på ingen måde konkluderende) ledetråd til oprindelsen af homokiralitet. Mange meteoritter indeholder kulstofbaserede molekyler inklusive aminosyrer og sukkerarter, som er lige de rigtige ingredienser til livet. Dworkins gruppe analyserede sammensætningen af disse “organiske” forbindelser i snesevis af meteoritter og kom til en overraskende konklusion. Ofte blev både venstre- og højrehåndede versioner af for eksempel en aminosyre fundet i lige store mængder - nøjagtigt hvad der kunne forventes. Men i mange tilfælde blev der fundet et eller flere organiske molekyler med et overskud på en hånd, nogle gange et meget stort overskud. I hvert af disse tilfælde og i hver meteorit, der hidtil er undersøgt af andre forskere på området, var overskydende molekyle den venstrehåndede aminosyre, der udelukkende findes i livet på Jorden.
Dworkin siger, at prøven fra Bennu kan give endnu stærkere bevis for dette fænomen. ”I modsætning til meteoritter, der en falder ned på jorden og derefter bliver forurenede og to er adskilt fra deres forældrekrop, ” med Bennu, vil videnskabsmændene vide nøjagtigt, hvor på asteroiden prøven kom fra. De tager ”ekstraordinære foranstaltninger” for at bekræfte, at intet fra Jordens biologi kan forurene prøven. ”Så når vi får disse (forhåbentlig) overskydende aminosyrer på Bennu-prøven i 2023, kan vi være sikre på, at det ikke kommer fra kontaminering, ” siger Dworkin.
Beviserne så langt fra meteoritter antyder, at der måske er et middel til at producere homokiralitet uden liv. Dworkin siger imidlertid, ”Vi ved ikke, om den kemi, der fører til homokiralitet og liv, kom fra meteoritter, fra processer på jorden, eller måske fra begge dele.” Der er stadig stadig spørgsmålet om, hvordan og hvorfor det overskydende udviklede sig i meteoritten eller dens asteroidforælder eller på den tidlige jord i første omgang.
Hypoteser bugner. For eksempel kan polariseret lys, der findes på vores side af galaksen, ødelægge den højrehåndede version af mange aminosyrer med en lille, men mærkbar mængde. Det lille overskud af den venstrehåndede aminosyre skulle derefter forstærkes drastisk for at nå de niveauer, der findes i levende organismer på Jorden.
Det er denne forstærkningsproces, der fascinerer Donna Blackmond fra Scripps Research Institute i La Jolla, Californien. Blackmond har undersøgt de potentielle kemiske stoffer i homokiralitet i næsten hele sin karriere. ”Jeg tror, det vil være en kombination af kemiske og fysiske processer, ” siger hun. Blackmonds gruppe forsøger i øjeblikket at finde ud af, hvordan kemiske reaktioner, der kunne have fundet sted på den tidlige jord, måske er blevet svinget til kun at producere livets byggesten. I 2006 viste hendes team, at de kun kunne forstærke den venstrehåndede form af en aminosyre fra et lille overskud. I 2011 viste de, at den amplificerede aminosyre derefter kunne bruges til at producere et enormt overskud af en forløber til RNA, som er lavet til højrehåndet af et sukker, der er knyttet til det. (RNA antages af mange forskere at være det oprindelige biologiske molekyle.) Blackmond og mange andre kemikere har gjort fremskridt i denne type kemi, men de er stadig langt fra at være i stand til at modellere alle de kemier og betingelser, der måtte eksistere på en asteroide eller en ung planet.
Blackmond bemærker også, at det langt fra er klart, at livet havde brug for total homokiralitet for at komme i gang. ”Én reel ekstrem ville være at sige, at intet nogensinde kunne ske, før vi har en fuldstændig homokiral pool af byggesten, og jeg synes, det er sandsynligvis for ekstremt, ” siger hun. ”Vi kunne begynde at fremstille polymere af informationstype” - i lighed med DNA og RNA - ”muligvis før vi havde homokiralitet.” For nuværende kan alle forskere fortsætte med at stille spørgsmål om molekyler her på Jorden og om de himmellegemer, der omgiver os. I håb om at åbne endnu et stykke af dette puslespil udvikler forskere nu nye teknologier til at afgøre, om der er overskridelser af en hånd i det interstellare rum.
I mellemtiden fortsætter livet på Jorden, mystisk og asymmetrisk som altid.
