מדענים גילו מולקולות שעשויות להיות חומרי מוצא לחלבונים במערכת שבה נוצרות שמשות דומות לשלנו
מתיל איזו-ציאנט הוא תרכובת רעילה מאוד על בסיס ציאניד. עם זאת, יש לה חשיבות רבה בביולוגיה משום שהיא משמשת חומר מוצא לייצור חומצות אמינו וחלבונים, שהם הבסיס לחיים כפי שאנו מכירים אותם. שני צוותים בינלאומיים של מדענים מדווחים כעת על גילוי מולקולות כאלה סביב כוכבים בראשית תהליכי היווצרותם – גילוי שעשוי לשפוך אור חדש על תהליכי ההתפתחות של החיים במערכת השמש שלנו.
קרינה קרה מהחלל
הגילוי נעשה בעזרת טלסקופ הרדיו "אלמה" (ALMA – קיצור של Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), המוצב במדבר אטקמה בצ'ילה כחלק ממצפה הכוכבים הדרום אירופי (ESO). כמו טלסקופים אופטיים, גם טלסקופ רדיו מזהה קרינה אלקטרומגנטית המגיעה מהחלל, אבל באורכי גל ארוכים הרבה יותר מאלה שאנו מסוגלים לראות. הטלסקופ אלמה מתמקד באורכי הגל שבין קרינה תת-אדומה לגלי רדיו, שמאפיינים אזורים קרים מאוד וחשוכים מאוד ביקום, כך שממילא אי אפשר לראות אותם היטב בטלסקופ אופטי. עננים קרים כאלה הם בין השאר האזורים שבהם נוצרים כוכבים.
מערך אלמה מורכב מ-66 אנטנות עם מחשב-על שמחבר את המידע שהן קולטות ומשקלל אותו. האנטנות מוצבות על רמת צ'חננטור (Chajnantor) בהרי האנדים, 5,000 מטר מעל פני הים. השילוב בין הגובה לאוויר היבש מפחית למינימום את ההפרעות האטמוספריות, ומסייע לשפר את איכות התצפיות.
האבק שלפני כוכבי הלכת
כשאור פוגע בחומר מסוים, חלק ממנו נבלע בחומר בגלל תכונות האטומים שמרכיבים אותו. לכל חומר יש חתימה ייחודית משלו בהרכב האור, כך שכשמנתחים בדיוק רב את אורכי הגל באור כוכבים, אפשר להסיק מסקנות על ההרכב הכימי שלהם ושל חומרים שהאור חלף דרכם. באופן דומה אפשר לחקור את הרכב החומרים שדרכם עברו גלים ארוכים יותר. המערך הרגיש של אלמה יכול לזהות את החתימה של מולקולות שונות גם במקומות שאין בהם מספיק אור נראה.
החוקרים התמקדו במערכת צעירה המכילה שלושה פרוטו-כוכבים, כלומר שמשות בשלבים המוקדמים ביותר של היווצרותן. המערכת, שנקראת IRAS 16293-2422, מרוחקת כ-400 שנות אור מאיתנו ונמצאת במערכת הכוכבים "נושא הנחש" (Ophiuchus) המכונה לעתים "המזל ה-13" בגלגל המזלות האסטרולוגי. שלוש השמשות של המערכת הזו דומות בגודלן לשמש שלנו, כך שמעריכים כי התהליכים המתרחשים בהן דומים מאוד למה שאירע בימיה הראשונים של מערכת השמש שלנו, לפני כ-4.5 מיליארדי שנים.
החוקרים זיהו את החתימה של מתיל איזו-ציאנט (Methyl isocyanate) בענני הגז והאבק האופפים את שלוש השמשות הצעירות. העננים האלה עשויים להתפתח לדיסקה שממנה יווצרו כוכבי לכת סביב השמשות. אם חומר המוצא של הדיסקה מכיל כמויות נאות של מולקולות אורגניות מורכבות יחסית, זה מצביע כנראה על סיכויים טובים להתפתחות אבני בניין לחיים, בתנאים מתאימים.
איור של מולקולות מתיל איזו-ציאנט על רקע מערכת הכוכבים. האזור שבו שוכנת המערכת מוקף בעיגול הקטן | מקור: ESO
כימיה קפואה
הממצאים מתפרסמים בשני מאמרים בכתב העת של האגודה הבריטית לאסטרונומיה. אחד בהובלת מדענים מהולנד ומגרמניה, והאחר בהובלת חוקרים מגרמניה ומספרד. החוקרים מציינים כי המולקולה הזו זוהתה בשנים האחרונות בעננים יוצרי כוכבים כמו סגיטריוס B2 או אוריון KL, אבל אלה עננים ענקיים וחמים יחסית שיוצרים כוכבים הרבה יותר כבדים וגדולים מהשמש שלנו.
כשמדובר בענן קר הרבה יותר, כמו המערכת הנוכחית, החוקרים נדרשים להתמודד עם השאלה איך יכולות להיווצר מולקולות מורכבות כאלה בטמפרטורות נמוכות מאוד, של כמה מעלות בלבד מעל האפס המוחלט. החוקרים הראו בניסוי מעבדה שמתיל איזו-ציאנט נוצר מחומרים פשוטים יותר כמו מתאן וחומצה איזוציאנית, כשמקפיאים אותם בתנאי רִיק בטמפרטורה של 15 מעלות קלווין (מינוס 258 מעלות צלזיוס) ומקרינים את הגבישים שנוצרו בקרינה על-סגולה. הממצאים האלה אינם מוכיחים שכך נוצר החומר בחלל, אך מציעים מסלול אפשרי להיווצרותו.
מחפשים חיים
השאלה איך התחילו החיים על כדור הארץ מעסיקה עדיין מדענים רבים. על פי התיאוריה המקובלת כיום, התאים הראשונים נוצרו באופן ספונטני באוקיינוסים כתוצאה מתהליכים אקראיים שהתרחשו בין מולקולות מורכבות שנוצרו בתהליכים ארוכים וממושכים מחומרים פשוטים יותר. על פי גרסה אחרת, חומרים מורכבים הגיעו ממקומות אחרים ביקום על גבי שביטים ואסטרואידים שהתנגשו בכדור הארץ הצעיר וזרעו בו את הזרעים להיווצרות אבני הבניין של החיים.
הגילוי של מתיל איזו-ציאנט בשמש צעירה, עולה בקנה אחד עם גילויו של אותו חומר על השביט 67P, במשימה של החללית רוזטה. שביטים כאלה עברו שינויים מעטים מאז נוצרו בראשית ימיה של מערכת השמש, ולכן הם מספקים עדות להרכבה הכימי אז. "הפרוטו-כוכבים האלה דומים מאוד לשמש שלנו בראשית ימיה, עם תנאים שמאפשרים לכוכבי לכת דמויי ארץ להיווצר", אמרו שניים מהחוקרים, ויקטור ריביה (Rivilla) ורפאל מרטין דומנש (Martín-Doménech) בהודעה של מצפה הכוכבים הדרום אירופי. "הגילוי במחקר הנוכחי עשוי לצרף עוד חלק לפאזל של ההבנה כיצד נוצרו החיים על כוכב הלכת שלנו".
"הגילוי מראה שאפשר להגיע לרמת מורכבות גבוהה עוד לפני היווצרות של כוכבי לכת", מציינת האסטרו-כימאית קתרין אוברג (Oberg) מאוניברסיטת הרווארד, שלא הייתה שותפה למחקר. עם זאת, בריאיון לכתב העת Science היא הזהירה מפני הסקת מסקנות נחפזות. "הגילוי מעניין, כי זו מולקולה דומה מאוד למרכיב מפתח בחלבונים, אבל איננו יודעים אם מתיל איזו-ציאנט אכן חיוני ליצירת חלבונים, איננו יודעים איך זה קורה ואין לנו מושג אם זה קשור להיווצרות חיים בכוכבי לכת".
בשלב הבא מתכוונים החוקרים להמשיך לסרוק את המערכת הזאת ומערכות דומות נוספות, בתקווה לגלות מולקולות אורגניות מורכבות עוד יותר: לא רק את חומרי המוצא לאבני הבניין של החיים, אלא את אבני הבניין עצמן. גילויים כאלה עשויים לסייע לנו להשיב על השאלה איך נוצרו החיים כאן, וגם להבין אם יש סיכוי שנוכל למצוא חיים במקומות נוספים, במערכת השמש שלנו ומחוצה לה.
צפו בסרטון על הגילוי של מצפה הכוכבים הדרום אירופי (באנגלית):
