При помощи новых методик анализа в образцах метеорита удалось обнаружить недостающие два из пяти азотистых оснований — информационных единиц ДНК и РНК. Биологи получили подтверждение того, что к моменту возникновения жизни на Земле мог уже присутствовать полный набор необходимых для этого азотистых оснований.
Все молекулы ДНК и РНК содержат пять «информационных компонент», которые называют азотистыми основаниями (нуклеотидными основаниями). Ранее анализ образцов пород внеземного происхождения выявил только три из пяти, то есть аденин (A), гуанин (G) и урацил (U). Новое исследование позволило найди недостающие два компонента, то есть цитозин (C) и тимин (T).
Нуклеооснования принадлежат к классам органических молекул — пуринам и пиримидинам — и на Земле встречается огромное количество их разновидностей. Но их находки в карбонатных метеоритах не показывают структурного разнообразия в отличие от других классов органических соединений, например, аминокислот и углеводородов. Загадкой остаётся, почему в метеоритах до сих пор не обнаружили больше представителей этих молекул. Поскольку, как показали новые находки, пурины и пиримидины могут синтезироваться во внеземных условиях, можно было ожидать их гораздо большего разнообразия в материале космических тел.
Для исследования использовали образцы Мурчисонского метеорита, названного по месту его падения в 1969 году в Австралии. Он относится к углистым хондритам, точнее, к их подклассу CM2, и популярен среди исследователей из-за большого разнообразия органических включений. В частности, в нём уже находили нуклеиновые основания. Некоторые обнаруженные в метеорите классы органических молекул считаются подтверждением гипотезы о возможном занесении жизни на Землю из космоса. Популярен метеорит ещё и потому, что суммарная масса его найденных обломков около 100 килограммов, так что материала хватает для многих исследовательских лабораторий. Исследователи из университета Хоккайдо опубликовали результаты анализа органического вещества во фрагментах Мурчисонского и двух других известных метеоритов в конце апреля 2022 года в Nature Communications.
Цитозин и тимин, новообнаруженная пара нуклеооснований, раньше ускользала от биологов. Возможно, это было связано с их более «хрупкой» структурой: они просто разрушались при обработке образца. В ранних экспериментах для молекулярного анализа частицы пород метеоритов помещали в горячую ванну для выделения молекул в раствор, после чего анализировали состав полученного бульона.
Из-за хрупкости обоих азотистых оснований их не особо надеялись обнаружить в образцах. Открытию помогли два фактора. Во-первых, для экстракции компонентов использовалась вода при комнатной температуре в сочетании с ультразвуковой обработкой материала метеоритов (ультрасоникацией), а не горячая метановая (муравьиная) кислота CH2O2. Муравьиная кислота — очень химически активное вещество, и она могла разрушать наиболее хрупкие молекулы в предыдущих образцах. Во-вторых, развитие методик анализа позволило добиться нужной чувствительности и обнаруживать следовые концентрации искомых молекул порядка частей на триллион (ppt).
Исследование не даёт ответа на вопрос, была ли занесена жизнь на Землю из космоса или зародилась на самой Земле в первичном бульоне на ранних стадиях развития планеты. Вряд ли ДНК могли сформироваться на самих метеоритах. Но нахождение в метеоритах полного набора азотистых оснований, необходимых для кода ДНК и РНК, показывает, что необходимые для жизни компоненты в принципе могут ими переноситься, или даже формироваться в межзвёздном пространстве. Поэтому такой механизм доставки мог участвовать в развитии молекул ДНК на ранней Земле. Химические реакции в астероидах могли внести определённый вклад в образование некоторых ингредиентов, необходимых для развития жизни. Эти компоненты могли попасть на Землю в результате падения метеоритов или при попадании на её поверхность космической пыли.
Кроме научной значимости, исследование также является «проверкой концепции», оно предлагает более эффективную методику анализа вещества астероидов в ближайшем будущем. Новые методы анализа станут актуальными уже в следующем году, когда на Землю доставят образцы астероида Бенну, собранные космическим аппаратом программы OSIRIS-Rex.