Μια από τις πιο περίεργες πτυχές της ζωής στη Γη - και ενδεχομένως της ζωής αλλού στον Κόσμο - είναι ένα χαρακτηριστικό που παζλίζει τους χημικούς, τους βιολόγους και τους θεωρητικούς φυσικούς. Κάθε ένα από τα μοριακά δομικά στοιχεία της ζωής (αμινοξέα και σάκχαρα) έχει ένα δίδυμο - όχι πανομοιότυπο, αλλά μια κατοπτρική εικόνα. Ακριβώς όπως το δεξί σας χέρι καθρεφτίζει αριστερά σας, αλλά ποτέ δεν θα χωρέσει άνετα σε ένα αριστερόχειρο γάντι, τα αμινοξέα και τα σάκχαρα έρχονται και δεξιά και αριστερά. Αυτό το φαινόμενο επιλογής βιολογικού σχήματος ονομάζεται "χειραλότητα" - από την ελληνική για το χέρι.
Στη Γη, τα αμινοξέα που χαρακτηρίζουν τη ζωή είναι όλα "αριστερά" σε σχήμα και δεν μπορούν να ανταλλαγούν για το δεξιό τους doppelgänger. Εν τω μεταξύ, όλα τα σάκχαρα που χαρακτηρίζουν τη ζωή στη Γη είναι "δεξιόστροφα". Τα απέναντι χέρια τόσο για τα αμινοξέα όσο και για τα σάκχαρα υπάρχουν στο σύμπαν, αλλά απλώς δεν χρησιμοποιούνται από οποιαδήποτε γνωστή μορφή βιολογικής ζωής. (Μερικά βακτήρια μπορούν στην πραγματικότητα να μετατρέψουν τα δεξιόστροφα αμινοξέα στην αριστερή έκδοση, αλλά δεν μπορούν να χρησιμοποιήσουν τα δεξιόστροφα όπως είναι.) Με άλλα λόγια, τόσο τα σάκχαρα όσο και τα αμινοξέα στη Γη είναι homochiral: με το ένα χέρι .
Πάνω από 4 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, όταν ο πλανήτης μας στο σπίτι ήταν στη φλογερή και ιδιοσυγκρασιακή του νεολαία, υπήρχαν τόσο τα βιολογικά δομικά στοιχεία όσο και οι καθρέφτες τους. Στην πραγματικότητα, και οι δύο εξακολουθούν να συνυπάρχουν στη Γη σήμερα - όχι μόνο στη ζωή, όπως την ξέρουμε. Σίγουρα, αν μαγειρέψετε μια παρτίδα αμινοξέων, σακχάρων ή των προδρομικών μορίων τους σε ένα εργαστήριο, θα πάρετε πάντα ένα μείγμα 50-50 αριστερά και δεξιά. Αλλά με κάποιο τρόπο, καθώς η ζωή εμφανίστηκε στις αμέτρητες χιλιετίες που ακολούθησαν τον σχηματισμό της Γης, επιλέχθηκαν μόνο τα αριστερόχειρα αμινοξέα και τα δεξιόστροφα σάκχαρα.
Χειρικά μόρια έχουν βρεθεί ακόμη και στον διαστρικό χώρο. Σε ανακάλυψη ορόσημων που ανακοινώθηκε από το Παρατηρητήριο Εθνικής Ραδιοαστρονομίας τον Ιούνιο, οι επιστήμονες προσδιόρισαν μόρια στο κέντρο του γαλαξία που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή είτε των δεξιών όσο και των αριστερών σακχάρων. Ενώ δεν έχουν ακόμη ένδειξη εάν υπάρχουν περισσότερα από ένα χέρια από το άλλο, το εύρημα θέτει το έδαφος για περαιτέρω πειράματα που θα μπορούσαν να φωτίσουν περισσότερο για την προέλευση του handedness.
Τα μεγάλα ερωτήματα παραμένουν: Πώς και γιατί η ζωή επέλεξε μόνο μία από τις δύο αντανακλάσεις καθρέφτη για να κατασκευάσει κάθε ένα πλάσμα στο θηριοτροφείο της; Η ζωή απαιτεί ομοψυχία για να πάρει την αρχή της, ή θα μπορούσαν να υπάρχουν μορφές ζωής που χρησιμοποιούν τόσο τα γήινα δομικά στοιχεία όσο και τους μετασχηματισμούς τους; Μήπως οι σπόροι της ομοιομορφίας προέρχονται από τα βάθη του διαστρικό χώρο, ή έχουν εξελιχθεί εδώ στη Γη;
Εννοιολογική εικόνα του OSIRIS-REx. (NASA / Goddard / Πανεπιστήμιο Αριζόνα) Ο Jason Dworkin, επικεφαλής του εργαστηρίου αστροχημείας στο Goddard Space Flight Center της NASA στο Greenbelt, Maryland, λέει ότι μια πρόκληση για τους επιστήμονες που προσπαθούν να απαντήσουν σε αυτές τις ερωτήσεις είναι ότι "η πρώιμη Γη έχει φύγει και έχουμε μια σειρά από ελάχιστες, "Τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια ηφαιστειακών εκρήξεων, σεισμών, βομβαρδισμών μετεωριτών και, φυσικά, η βαθιά γεωλογική επίδραση της ίδιας της ζωής, έχουν μεταμορφώσει τον πλανήτη έτσι ώστε είναι σχεδόν αδύνατο να γνωρίζει κανείς πώς βλέπει τη Γη όταν η ζωή άρχισε. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η ερευνητική ομάδα του Dworkin και πολλοί από τους συναδέλφους του στη NASA επικεντρώνονται σε μετεωρίτες - τα υπολείμματα των συντριμμιών που βρίσκονται στο έδαφος.
"Αυτά είναι κάψουλες χρόνου από 4, 5 δισεκατομμύρια χρόνια πριν", λέει ο Dworkin. "Έτσι, αυτό που συλλέγουμε στους μετεωρίτες τώρα είναι πολύ παρόμοιο με αυτό που έπεσε στη γη στη συνέχεια."
Ο Dworkin είναι επίσης επικεφαλής κυβερνητικός επιστήμονας στην αποστολή OSIRIS-REx στον αστεροειδή κοντά στον πλανήτη Bennu. Η αποστολή, η οποία ξεκινάει τον Σεπτέμβριο, θα περάσει περίπου ένα χρόνο λαμβάνοντας μετρήσεις του αστεροειδούς για να καταλάβει καλύτερα πώς κινείται μέσω του ηλιακού μας συστήματος. Όταν το διάστημα του διαστημικού σκάφους με τον Bennu ανεβαίνει, θα συγκεντρώσει το τελικό βραβείο: ένα δείγμα από την επιφάνεια του αστεροειδούς, το οποίο θα το φέρει πίσω στη Γη το έτος 2023, έτσι ώστε οι επιστήμονες να μπορούν να μελετήσουν τη χημική τους σύνθεση. "Όλα όσα κάνουμε υποστηρίζουν να πάρουμε αυτό το δείγμα", λέει ο Dworkin.
Οι επιστήμονες επέλεξαν τον Bennu εν μέρει εξαιτίας της ομοιότητάς του με έναν ειδικό τύπο μετεωρίτη που παρέχει μια ενδιαφέρουσα (αν και σε καμία περίπτωση όχι πειστική) ιδέα για την προέλευση της ομοιομορφίας. Πολλοί μετεωρίτες περιέχουν μόρια με βάση τον άνθρακα, συμπεριλαμβανομένων των αμινοξέων και των σακχάρων, τα οποία είναι ακριβώς τα σωστά συστατικά για τη ζωή. Η ομάδα του Dworkin ανέλυσε τη σύνθεση αυτών των "οργανικών" ενώσεων σε δεκάδες μετεωρίτες και κατέληξε σε ένα εκπληκτικό συμπέρασμα. Πολλές φορές οι δύο εκδοχές του αριστερού και του δεξιού χεριού, για παράδειγμα, ενός αμινοξέος, βρέθηκαν σε ίσες ποσότητες - ακριβώς τι θα περίμενε κανείς. Αλλά σε πολλές περιπτώσεις βρέθηκε ένα ή περισσότερα οργανικά μόρια με περίσσεια ενός χεριού, μερικές φορές πολύ μεγάλη περίσσεια. Σε κάθε μια από αυτές τις περιπτώσεις και σε κάθε μετεωρίτη που έχει μελετηθεί μέχρι στιγμής από άλλους ερευνητές στον τομέα, το πλεονάζον μόριο ήταν το αριστερόχειρο αμινοξύ που βρίσκεται αποκλειστικά στη ζωή στη Γη.
Ο Dworkin λέει ότι το δείγμα από το Bennu μπορεί να παράσχει ακόμα πιο ισχυρές ενδείξεις για αυτό το φαινόμενο. "Σε αντίθεση με τους μετεωρίτες, οι οποίοι, ένα, πέφτουν στο έδαφος και στη συνέχεια μολυνθούν και δύο είναι ξεχωριστοί από το γονικό τους σώμα", με τον Bennu, οι επιστήμονες θα γνωρίζουν ακριβώς πού από τον αστεροειδή προέρχεται το δείγμα. Λαμβάνουν "έκτακτα μέτρα" επιβεβαιώνουν ότι τίποτε από τη βιολογία της Γης δεν μπορεί να μολύνει το δείγμα. "Έτσι, όταν θα έχουμε αυτές τις ελπίδες περίσσεια αμινοξέων στο δείγμα Bennu το 2023, μπορούμε να είμαστε βέβαιοι ότι δεν είναι από μόλυνση", λέει ο Dworkin.
Οι ενδείξεις που απέχουν τόσο από τους μετεωρίτες υποδηλώνουν ότι ίσως υπάρχει ένας τρόπος να παράγουμε homochirality χωρίς ζωή. Ωστόσο, ο Dworkin λέει: «Δεν γνωρίζουμε αν η χημεία που οδήγησε στην ομοιομορφία και τη ζωή προήλθε από μετεωρίτες, από διεργασίες στη γη ή ίσως και από τις δύο». Υπάρχει ακόμα το ζήτημα του πώς και γιατί η υπερβολική ανάπτυξη τον μετεωρίτη ή τον αστεροειδή γονέα του ή την πρώιμη Γη στην πρώτη θέση.
Οι υποθέσεις αφθονούν. Για παράδειγμα, το πολωμένο φως που βρίσκεται στην πλευρά του γαλαξία μας μπορεί να καταστρέψει την δεξιά έκδοση πολλών αμινοξέων από ένα μικρό αλλά αξιοσημείωτο ποσό. Η μικρή περίσσεια του αριστερόχειρου αμινοξέος θα έπρεπε τότε να ενισχυθεί δραστικά για να φτάσει στα επίπεδα που βρίσκονται σε ζωντανούς οργανισμούς στη Γη.
Αυτή η διαδικασία ενίσχυσης ενσαρκώνει τη Donna Blackmond του ερευνητικού ινστιτούτου Scripps στο La Jolla της Καλιφόρνια. Ο Blackmond μελετά τις πιθανές χημικές ιδιότητες της ομοιομορφίας για σχεδόν ολόκληρη την καριέρα του. "Νομίζω ότι πρόκειται να είναι ένας συνδυασμός χημικών και φυσικών διεργασιών", λέει. Η ομάδα του Blackmond προσπαθεί επί του παρόντος να ανακαλύψει πώς οι χημικές αντιδράσεις που θα μπορούσαν να έχουν συμβεί στην πρώιμη Γη μπορεί να έχουν επηρεαστεί για να παράγουν μόνο δομικά στοιχεία της ζωής. Το 2006, η ομάδα της έδειξε ότι θα μπορούσαν να ενισχύσουν μόνο την αριστερή μορφή ενός αμινοξέος ξεκινώντας από μια μικρή περίσσεια. Το 2011, έδειξαν ότι το ενισχυμένο αμινοξύ θα μπορούσε στη συνέχεια να χρησιμοποιηθεί για να παραγάγει μια τεράστια περίσσεια ενός προδρόμου στο RNA, το οποίο γίνεται δεξιόστροφα από μια ζάχαρη που είναι συνδεδεμένη με αυτό. (Το RNA θεωρείται από πολλούς επιστήμονες ότι είναι το αρχικό βιολογικό μόριο.) Ο Blackmond και πολλοί άλλοι χημικοί έχουν κάνει βήματα σε αυτόν τον τύπο χημείας, αλλά απέχουν πολύ από το να είναι σε θέση να μοντελοποιήσουν όλες τις χημικές διεργασίες και τις συνθήκες που μπορεί να υπάρχουν σε έναν αστεροειδή ή έναν νεανικό πλανήτη.
Ο Μπλάκμοντ σημειώνει επίσης ότι δεν είναι καθόλου σαφές ότι η ζωή χρειάζεται συνολική ομοιομορφία για να ξεκινήσει. "Ένα πραγματικό άκρο θα ήταν να πούμε ότι τίποτα δεν θα μπορούσε ποτέ να συμβεί μέχρι να έχουμε μια εντελώς homochiral πισίνα δομικών στοιχείων και νομίζω ότι είναι πιθανώς πάρα πολύ ακραία", λέει. «Θα μπορούσαμε να ξεκινήσουμε να κατασκευάζουμε πολυμερή τύπου πληροφορίας» -όπως το DNA και το RNA- "πιθανόν πριν να έχουμε homochirality." Προς το παρόν, όλοι οι επιστήμονες μπορούν να κάνουν είναι να συνεχίσουν να θέτουν ερωτήσεις σχετικά με τα μόρια εδώ στη Γη και στα ουράνια σώματα που μας περιβάλλουν. Με την ελπίδα να ξεκλειδώσετε ένα ακόμα κομμάτι αυτού του παζλ, οι ερευνητές αναπτύσσουν τώρα νέες τεχνολογίες για να διαπιστώσουν εάν υπάρχουν υπερβολές ενός χεριού στο διαστρικό διάστημα.
Εν τω μεταξύ, η ζωή στη Γη θα συνεχιστεί, μυστηριώδης και ασύμμετρη όπως πάντα.
