В Челябинском метеорите найдена космическая ДНК

Челябинский метеорит упал 15 февраля 2013 года. Вес всех собранных осколков составил более 654 кг. Самый крупный обломок был поднят со дна озера Чебаркуль. Изучение органического вещества этого метеорита уже привело к интересным результатам (см., например, статью A. Ruf et al., 2017. Previously unknown class of metalorganic compounds revealed in meteorites), но открытия продолжаются. Фото с сайта asterisk.apod.com

Международная команда ученых под руководством C. Парроу из Института астробиологии НАСА, куда были переданы для изучения кусочки Челябинского метеорита, определила в метеоритном материале присутствие органических молекул. В составе метеоритного органического вещества выявлено высокое разнообразие карбидов металлов, циклических углеводородов и аминокислот — в целом этот набор обычен для хондритов данного класса. Ученые применили и дополнительные, нестандартные методы экстракции органического вещества. В результате в метеоритной органике нашлись азотистые основания. С помощью методик, разработанных для экстракции ДНК из древних костей и частиц грунта, удалось прочитать короткие фрагменты ДНК из Челябинского метеорита. В силу максимально возможной стерильности всех манипуляций с образцами данные молекулы вряд ли являются земным засорением. Но если это не земное загрязнение, то перед нами первый образец «космической» ДНК.

Как мы помним, в феврале 2013 года в районе Челябинска упал относительно крупный метеорит. Поскольку обломки выпали на обширной территории Челябинской области, его называют Челябинским метеоритом (или просто «Челябинском»). Образцы этого метеорита и метеоритной пыли (большая часть метеоритного вещества создала пылевой шлейф) сразу же были переданы в каталожную коллекцию метеоритов НАСА. Там занялись его всесторонним изучением, в том числе и исследованием органики в метеоритном материале.

Вверху — мелкие обломки метеорита «Челябинск», собранные в Еткульском районе Челябинской области через 10 дней после падения метеорита. Внизу — внутреннее строение одного из маленьких кусочков метеорита. Линейка относится только к верхнему изображению. Фото с сайта ru.wikipedia.org

Напомню, что этот каменный метеорит относится к классу хондритов с низким содержанием железа и высоким содержанием силикатов (оливина). В нем имеются включения плагиоклаза, доломита, пироксенового стекла. В составе этого метеорита определены также азот и углерод (массовая доля которого составляет 0,05–0,45%). Углерод присутствует в основном в рассеянной форме и связан с минеральной матрицей, однако при тщательном изучении выявились углеродистые скопления.

Скопления углерода и водорода (органические соединения) в метеорите «Челябинск», ассоциированные с кремнием и магнием. Рисунок из статьи A. Ruf et al., 2017. Previously unknown class of metalorganic compounds revealed in meteorites

По своему изотопному составу углерод «Челябинска» (δ¹³С = −24,8 – −23,9‰) приближается к палеозойским известнякам и современным животным и растениям (δ¹³С = −32 – −24‰), и при этом и метеоритный углерод, и земные карбонаты органического происхождения существенно легче по изотопному составу, чем коровые и эндогенные земные минералы (для которых δ¹³С = −4 – 20‰). В веществе метеорита отмечено также присутствие моносульфидов различных металлов и ассоциированных с ними фосфатов (см. В. И. Силаев и др., 2013. Метеорит «Челябинск»: минералого-петрографическая характеристика). Установлено, что большую часть массы этого метеорита, по-видимому, составлял лед, то есть данный метеорит был частью кометного ядра.

Ученые — геологи, кристаллографы, геохимики, биохимики — должны были прицельно изучить углерод и его соединения в метеорите, а также интересные наноразмерные (3–15 нм) углеродистые включения в пироксеновых стеклах. Благо, приборная база НАСА отличная — а в данном случае была задействована синхронная флуориметрия.

Анализ углеродистых включений в метеорите «Челябинск». Слева — изображение частицы на просвечивающем микроскопе, стрелкой показано скопление углерода. На врезке — его микродифрактограмма, характерная для высокомолекулярных органических соединений. Справа — точечный энергодисперсионный анализ этой частицы; хорошо видно присутствие углерода. Рисунок из обсуждаемой статьи

В результате специалистам удалось выяснить, что включения содержат повышенное количество углерода, водорода и азота, ассоциированного с магнием и кремнием. Проанализировав более тщательно полярные и неполярные вытяжки этих включений, химики выявили в них значительную фракцию термически измененных аминокислот, что для метеоритов этого класса довольно необычно.

Включения в веществе метеорита (темные точки на светлом фоне) и спектрограмма соответствующего углеродистого вещества, на которой показаны пики различных аминокислот. Рисунок из обсуждаемой статьи

Но самое замечательное — что в спектрах появились указания на присутствие нуклеотидов. И хоть сигнал был очень слабым, но решено было продолжить исследования в этом направлении. Так как обычные методики приготовления органических вытяжек не годятся для установления присутствия нуклеиновых кислот, то решено было воспользоваться методиками, разработанными для изучения древней ДНК.

Как и в случае с окаменелостями, метеоритный порошок, высверленный из середины образца стерильным сверлом, обрабатывали растворами ЭДТА и протеиназ, а потом экстракты на стеклянных подложках анализировали на предмет присутствия последовательностей ДНК. И их действительно нашли. Если бы вытяжка была стерильной — то есть в случае, если бы в метеорите никакой ДНК не было, то после процедуры амплификации в ней так бы ничего и не появилось. Но там была ДНК, именно она и размножилась в ходе ПЦР. Появились три фрагмента ДНК. Эти кусочки состояли всего из 9, 15 и 22 нуклеотидов, такие короткие цепочки обычны для древней ДНК.

По мнению исследователей, присутствие в метеорите фосфора, азота, серы, железа, магния и кальция, а также повышенное содержание легких изотопов углерода говорит о возможности космической жизни, схожей по своему метаболизму с земной. Расчетный возраст метеорита «Челябинск» около 4,3 миллиардов лет (K. Righiter et al., 2015. Mineralogy, petrology, chronology, and exposure history of the Chelyabinsk meteorite and parent body), то есть именно тогда он отделился от астероида в результате каких-то импактных событий. 4,5 миллиарда лет назад, как мы помним, это и есть время появления нашей планеты. Вполне возможно, что в ДНК из Челябинского метеорита следует усматривать связь космической и земной жизни. Кроме того, важно заметить, что даже если метеорит подвергается воздействию высоких температур и давлений, как в случае с «Челябинском», то в толще каменного материала ДНК всё же может сохраняться.

Неожиданной для исследователей оказалась возможность сопоставить эти короткие фрагменты метеоритной ДНК с последовательностями земных организмов. Наилучшим образом (86% сходства) эти кусочки соотносятся с ДНК обычных земных грибов рода Penicillum. Их предположительные связи уложились на филогенетическую схему тех видов, которые используются для производства сыров (см. Сырная плесень сформировалась за счет множественных горизонтальных переносов полезных генов, «Элементы», 04.11.2015).

Сами ученые замечают, что среди них нет любителей сыра, так что естественную идею о простом заносе они исключили. Хотя это и не принято, но фрагментам ДНК было присвоено «земное» номенклатурное бинарное наименование — Penicillium gorgonzolti Feik et al. 2020. Порыв ученых можно понять: немногим выпадает честь назвать первый в истории космический организм.

Филогенетическое древо некоторых видов Penicillum и положение нового «метеоритного» вида. Рисунок из обсуждаемой статьи

В заключении к статье специалисты выражают осторожную надежду, что открытые в метеорите фрагменты ДНК можно будет клонировать и использовать для изготовления новых сортов сыра. И так как большая часть метеоритного материала хранится в российских учреждениях, то именно Россия может стать поставщиком необычных — космических — сыров. Ученые уверены, что спрос на такой продукт будет огромным.

Источник: S. Parrow, C. Ought, O. Chaff et al. The first discovery of DNA from the meteorite «Сhelyabinsk» // Cosmology. 2020.

Елена Наймарк