En insida av en reaktionskammare med ultrahögt vakuum som simulerar kemiska reaktioner i en interstellär molnmiljö. Kredit:Hokkaido University
Ett experiment visar att en av livets grundläggande enheter – nukleobaser – kunde ha sitt ursprung i gigantiska gasmoln mellan stjärnorna.
Väsentliga byggstenar av DNA, föreningar som kallas nukleobaser, har upptäckts för första gången i en simulerad miljö som efterliknar gasformiga moln som finns insprängda mellan stjärnor. Fyndet, publiceras i tidskriften Naturkommunikation , för oss närmare att förstå ursprunget till livet på jorden.
"Detta resultat kan vara nyckeln till att reda ut grundläggande frågor för mänskligheten, såsom vilka organiska föreningar som fanns under bildandet av solsystemet och hur de bidrog till livets födelse på jorden, säger Yasuhiro Oba från Hokkaido Universitys Institute of Low Temperature Science.
Forskare har redan upptäckt några av de grundläggande organiska molekylerna som är nödvändiga för livets början i kometer, asteroider, och i interstellära molekylära moln – gigantiska gasformiga moln spridda mellan stjärnor. Man tror att dessa molekyler kunde ha nått jorden genom meteoritnedslag för cirka 4 miljarder år sedan, tillhandahåller nyckelingredienser till den kemiska cocktail som gav upphov till liv. Att lära sig hur dessa molekyler bildades är avgörande för att förstå livets ursprung.
Den grundläggande strukturella enheten av DNA och RNA kallas en nukleotid, och består av en nukleobas, ett socker, och en fosfatgrupp. Tidigare studier som efterliknar de förväntade förhållandena i interstellära molekylära moln har upptäckt närvaron av socker och fosfat, men inte av nukleobaser.
De grundläggande nukleobaserna detekterade i en simulerad interstellär molnmiljö. Kredit:Hokkaido University
Nu, Yasuhiro Oba och kollegor vid Hokkaido University, Kyushu University, och Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC) har använt avancerade analytiska metoder för att detektera de grundläggande nukleobaserna i en simulerad interstellär molnmiljö.
Teamet genomförde sina experiment i en reaktionskammare med ultrahögt vakuum. En gasblandning av vatten, kolmonoxid, ammoniak, och metanol tillfördes kontinuerligt till en kosmisk stoftanalog vid en temperatur av -263 grader Celsius. Två deuteriumurladdningslampor fästa vid kammaren tillförde vakuum ultraviolett ljus för att inducera kemiska reaktioner. Processen ledde till bildandet av en isig film på dammanalogen inuti kammaren.
Teamet använde en högupplöst masspektrometer och en högpresterande vätskekromatograf för att analysera produkten som bildades på substratet efter att ha värmts upp till rumstemperatur. De senaste framstegen inom dessa tekniska verktyg gjorde det möjligt för dem att upptäcka närvaron av nukleobaserna cytosin, uracil, tymin, adenin, xantin, och hypoxantin. De upptäckte också aminosyror, som är byggstenarna i proteiner, och flera typer av dipeptider, eller en dimer av aminosyra, i samma produkt.
Teamet misstänker att tidigare experiment som simulerar interstellära molekylära molnmiljöer skulle ha producerat nukleobaser, men att de analytiska verktyg som användes inte var tillräckligt känsliga för att upptäcka dem i komplexa blandningar.
"Våra fynd tyder på att de processer vi reproducerade kan leda till bildandet av livets molekylära prekursorer, " säger Yasuhiro Oba. "Resultaten kan förbättra vår förståelse av de tidiga stadierna av kemisk utveckling i rymden."
