Капсула времени из космоса: метеориты хранят десятки тысяч органических соединений

Исследователи из Национальной лаборатории сильных магнитных полей (MagLab) и Брукхейвенской национальной лаборатории объединили усилия, чтобы по-новому взглянуть на сложный состав метеоритов и заглянуть в прошлое нашей Солнечной системы. Мощные спектрометрические возможности, доступные только в лаборатории MagLab, позволили идентифицировать огромное количество органических соединений внутри двух метеоритов, а ученые из Брукхейвена получили изображения, детально описывающие структуру некоторых из этих внеземных молекул. Их исследование предполагает, что химическая основа жизни глубоко вплетена в ткань Вселенной и расширяет наше понимание космических компонентов, которые попали на раннюю Землю, потенциально положив начало жизни в том виде, в каком мы ее знаем. Исследование было опубликовано в журнале The Planetary Science Journal.

Когда метеорит падает на Землю, он представляет собой не просто камень, а настоящую капсулу времени, запечатанную миллиарды лет назад. Внутри такого камня может храниться история о том, как формировалась наша Солнечная система и какие химические процессы шли в ее ранние эпохи. Именно этим и занялись ученые, которые решили заглянуть внутрь двух известных метеоритов, чтобы понять, насколько сложными могут быть органические молекулы, рожденные в космосе задолго до появления Земли.

Для анализа ученые получили фрагменты метеорита Мурчисон (Murchison), упавшего в Австралии в 1969 году, и метеорита Агуас-Заркас, который упал в Коста-Рике в 2019 году. Анализ выявил поразительно большое разнообразие углеродсодержащих молекул — десятки тысяч, в небольшом образце каждого метеорита.

Каждая из них потенциально может представлять собой несколько уникальных молекул, что означает, что метеориты гораздо сложнее по химическому составу, чем предполагалось, и, вероятно, являются одними из самых сложных материалов, когда-либо известных. Возраст метеорита Мурчисон оценивается как минимум в 5,5 миллиарда лет, что на 1 миллиард лет старше Земли, и он так же сложен, как и месторождения нефти, которые представляют собой одни из самых сложных смесей, которые анализировали в лаборатории. Эти результаты показывают, насколько сложными могут быть органические материалы в космосе.

Несмотря на то, что оба метеорита принадлежат к одному космическому семейству и внешне похожи, их химический состав кардинально различается. Они имеют общие лишь незначительную долю сложных молекул. Это говорит о том, что пространство неоднородно. Разные астероиды формировались в совершенно разных условиях, а новорожденная Солнечная система создала обширную и разнообразную матрицу органической химии. Это позволяет ученым заглянуть в истоки нашей планеты и Солнечной системы.

Большая часть предыдущих исследований метеорита Мурчисон проводилась вскоре после его обнаружения. За последние пять десятилетий были усовершенствованы методы и приборы, что позволило ученым получить гораздо более детальное представление о бесчисленных молекулах внутри метеорита. По мере совершенствования технологий используемая методика постоянно улучшается.

Ученые измельчили образцы метеоритов, растворили их в органических растворителях и поместили в рекордный 21-тесловый спектрометр FT-ICR лаборатории MagLab, самую мощную в мире систему ионно-циклотронного резонанса. Этот прибор определяет химический состав сложных смесей и уже помог в анализе нефти и вечных химикатов.

Чтобы увидеть, как устроены отдельные молекулы, ученые MagLab объединились с Брукхейвенской лабораторией. Масс-спектрометрия дает формулу, но одна формула может скрывать множество разных структур. Исследователи применили высокоразрешающую бесконтактную атомно-силовую микроскопию: сверхтонкий наконечник скользит над поверхностью и по отталкиванию атомов составляет карту молекулы. На получение изображений нескольких молекул уходят дни и месяцы. Это лишь третий случай, когда подобный метод применили к метеоритному веществу, и качество снимков позволяет увидеть структуру гораздо полнее, чем простой подсчет атомов.

Масс-спектрометрия раскрывает формулы, скрытые внутри метеорита, но микроскопия выводит анализ на новый уровень — это единственный способ реально увидеть структуру отдельной молекулы и то, как связаны ее элементы. Вместе эти методы дают возможность не только найти строительные блоки жизни, но и разглядеть, как выглядели молекулы из ранней Солнечной системы.

В результате исследование показало, что метеориты содержат десятки тысяч углеродсодержащих соединений, причем два внешне похожих космических камня могут радикально различаться по химическому составу. Это означает, что ранняя Солнечная система была не однородной, а представляла собой мозаику из множества разных химических сред. Ученые впервые смогли не только определить формулы молекул, но и увидеть их структуру, что открывает новый взгляд на то, как космос мог поставлять на молодую Землю строительные блоки для жизни.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях