Innan det fanns djur, bakterier eller till och med DNA på jorden, självreplikerande molekyler utvecklades långsamt från enkel materia till liv under en konstant dusch av energiska partiklar från rymden.

I ett nytt papper, en Stanford-professor och en tidigare postdoktoral forskare spekulerar i att denna interaktion mellan gamla protoorganismer och kosmiska strålar kan vara ansvarig för en avgörande strukturell preferens, kallas kiralitet, i biologiska molekyler. Om deras idé är korrekt, det tyder på att allt liv i universum kan dela samma kirala preferens.

Kiralitet, även känd som handness, är förekomsten av spegelbildversioner av molekyler. Som vänster och höger hand, två kirala former av en enda molekyl reflekterar varandra i form men står inte i linje om de är staplade. I varje större biomolekyl - aminosyror, DNA, RNA - livet använder bara en form av molekylär handlighet. Om spegelversionen av en molekyl ersätts med den vanliga versionen inom ett biologiskt system, systemet kommer ofta att fungera fel eller sluta fungera helt. När det gäller DNA, ett enda felhänt socker skulle störa molekylens stabila spiralformade struktur.

Louis Pasteur upptäckte först denna biologiska homokiralitet 1848. Sedan dess har forskare har diskuterat huruvida livets skicklighet drivs av slumpmässig slump eller något okänt deterministiskt inflytande. Pasteur antog att om livet är asymmetriskt, då kan det bero på en asymmetri i fysikens grundläggande växelverkan som finns i hela kosmos.

"Vi föreslår att den biologiska skicklighet vi nu bevittnar på jorden beror på evolutionen mitt i magnetiskt polariserad strålning, där en liten skillnad i mutationshastigheten kan ha främjat utvecklingen av DNA-baserat liv, snarare än sin spegelbild, "säger Noémie Globus huvudförfattare till tidningen och en tidigare Koret -stipendiat vid Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology (KIPAC).

I deras papper, publicerad den 20 maj i Astrofysiska tidskriftsbrev , forskarna beskriver deras argument till förmån för kosmiska strålar som ursprung för homokiralitet. De diskuterar också potentiella experiment för att testa deras hypotes.

Magnetisk polarisering från rymden

Kosmiska strålar är en riklig form av högenergistrålning som kommer från olika källor i hela universum, inklusive stjärnor och avlägsna galaxer. Efter att ha träffat jordens atmosfär, kosmiska strålar bryts så småningom ner till grundläggande partiklar. På marknivå, de flesta av de kosmiska strålarna existerar bara som partiklar som kallas muoner.

Muoner är instabila partiklar, existerar bara 2 miljoner av en sekund, men eftersom de färdas nära ljusets hastighet, de har upptäckts mer än 700 meter under jordens yta. De är också magnetiskt polariserade, menande, i genomsnitt, muoner delar alla samma magnetiska orientering. När muoner äntligen förfaller, de producerar elektroner med samma magnetiska polarisering. Forskarna tror att muonens penetrerande förmåga gör att den och dess dotterelektroner potentiellt kan påverka kirala molekyler på jorden och överallt i universum.

"Vi bestrålas hela tiden av kosmiska strålar, "förklarade Globus, som för närvarande är postdoktoral forskare vid New York University och Simons Foundations Flatiron Institute. "Deras effekter är små men konstanta på alla platser på planeten där livet kan utvecklas, och den magnetiska polarisationen av muonerna och elektronerna är alltid densamma. Och även på andra planeter, kosmiska strålar skulle ha samma effekter. "

Forskarnas hypotes är att, i början av livet på jorden, denna konstanta och konsekventa strålning påverkade utvecklingen av de två spegelns livsformer på olika sätt, att hjälpa den ena i slutändan att vinna över den andra. Dessa små skillnader i mutationshastighet skulle ha varit mest signifikanta när livet började och de involverade molekylerna var mycket enkla och mer ömtåliga. Under dessa omständigheter, det lilla men ihållande kirala inflytandet från kosmiska strålar kan ha, över miljarder generationer av evolution, producerade den enda biologiska handligheten vi ser idag.

"Det här är lite som ett roulettehjul i Vegas, där du kan skapa en liten preferens för de röda fickorna, snarare än de svarta fickorna, "sa Roger Blandford, Luke Blossom -professorn vid Humanistiska och vetenskapsskolan i Stanford och en författare på tidningen. "Spela några spel, du skulle aldrig märka det. Men om du spelar med detta roulettehjul i många år, de som vanligtvis satsar på rött kommer att tjäna pengar och de som satsar på svart kommer att förlora och försvinna. "

Redo att bli förvånad

Globus och Blandford föreslår experiment som kan hjälpa till att bevisa eller motbevisa deras kosmiska strålhypotes. Till exempel, de skulle vilja testa hur bakterier reagerar på strålning med olika magnetisk polarisering.

"Sådana experiment har aldrig utförts och jag är spänd på att se vad de lär oss. Överraskningar kommer oundvikligen från ytterligare arbete med tvärvetenskapliga ämnen, "sa Globus.

Forskarna ser också fram emot organiska prover från kometer, asteroider eller Mars för att se om de också uppvisar en chiral fördom.

"Denna idé förbinder grundläggande fysik och livets ursprung, "sa Blandford, som också är Stanford och SLAC -professor i fysik och partikelfysik och tidigare chef för KIPAC. "Oavsett om det är korrekt eller inte, att överbrygga dessa mycket olika områden är spännande och ett framgångsrikt experiment borde vara intressant. "