Salah satu aspek teraneh dari kehidupan di Bumi — dan mungkin kehidupan di tempat lain di kosmos — adalah fitur yang sama-sama membingungkan ahli kimia, ahli biologi, dan ahli fisika teoretis. Masing-masing molekul pembangun molekul kehidupan (asam amino dan gula) memiliki saudara kembar — bukan kembar, tetapi bayangan cermin. Sama seperti tangan kanan Anda mencerminkan kiri Anda tetapi tidak akan pernah cocok dengan nyaman ke sarung tangan kidal, asam amino dan gula datang dalam versi kanan dan kiri. Fenomena pemilihan bentuk biologis ini disebut "chirality" —dari bahasa Yunani untuk kidal.
Di Bumi, karakteristik asam amino kehidupan semuanya "kidal" dalam bentuk, dan tidak dapat ditukar dengan doppelgänger tangan kanan mereka. Sementara itu, semua gula karakteristik kehidupan di Bumi adalah "tangan kanan." Tangan yang berlawanan untuk kedua asam amino dan gula ada di alam semesta, tetapi mereka tidak dimanfaatkan oleh bentuk kehidupan biologis yang diketahui. (Beberapa bakteri benar-benar dapat mengubah asam amino tangan kanan menjadi versi tangan kiri, tetapi mereka tidak dapat menggunakan asam tangan kanan seperti apa adanya.) Dengan kata lain, baik gula dan asam amino di Bumi bersifat homochiral: satu tangan .
Lebih dari 4 miliar tahun yang lalu, ketika planet kita berada di masa mudanya yang berapi-api dan temperamental, baik unsur-unsur pembangun biologis maupun pantulan cermin mereka ada. Faktanya, keduanya masih hidup berdampingan di Bumi saat ini — tidak seperti kehidupan yang kita kenal. Tentu saja, jika Anda memasak sejumlah asam amino, gula atau molekul prekursornya di laboratorium, Anda akan selalu mendapatkan campuran 50-50 dari kiri dan kanan. Tetapi entah bagaimana, ketika kehidupan muncul dalam ribuan tahun yang tak terhitung setelah pembentukan Bumi, hanya asam amino kidal dan gula tangan kanan yang dipilih.
Molekul kiral bahkan telah ditemukan di ruang antarbintang. Dalam sebuah penemuan penting yang diumumkan oleh National Astronomy Observatory Radio Juni ini, para ilmuwan mengidentifikasi molekul-molekul di pusat galaksi yang dapat digunakan untuk membuat gula baik tangan kanan maupun tangan kiri. Sementara mereka masih tidak memiliki petunjuk apakah ada lebih dari satu tangan daripada yang lain, temuan ini menetapkan tahapan untuk percobaan lebih lanjut yang dapat menjelaskan lebih banyak tentang asal usul wenangan.
Pertanyaan besar masih ada: Bagaimana dan mengapa hidup hanya memilih satu dari dua pantulan cermin untuk membangun setiap makhluk dalam kebun binatangnya? Apakah kehidupan membutuhkan homochiralitas untuk memulai, atau mungkinkah bentuk kehidupan ada yang menggunakan blok bangunan duniawi dan alter ego mereka? Apakah benih-benih homochirality berasal dari kedalaman ruang antarbintang, atau apakah mereka berevolusi di Bumi?
Gambar konseptual OSIRIS-REx. (NASA / Goddard / Universitas Arizona) Jason Dworkin, yang mengepalai Laboratorium Astrochemistry di Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA di Greenbelt, Maryland mengatakan bahwa satu tantangan bagi para ilmuwan yang mencoba menjawab pertanyaan-pertanyaan ini adalah bahwa "Bumi purba telah pergi, dan kami memiliki serangkaian bukti yang sangat, sangat sedikit dari ... seperti apa itu. ”Empat atau lebih miliar miliar tahun letusan gunung berapi, gempa bumi, pemboman meteor dan, tentu saja, pengaruh geologis yang mendalam dari kehidupan itu sendiri telah mengubah planet ini sehingga hampir mustahil untuk mengetahui bagaimana Bumi terlihat ketika kehidupan dimulai. Itulah sebabnya kelompok riset Dworkin dan banyak rekannya di NASA fokus pada meteorit — sisa-sisa puing ruang yang menemukan jalan mereka ke tanah yang kokoh.
"Ini adalah kapsul waktu dari 4, 5 miliar tahun yang lalu, " kata Dworkin. "Jadi apa yang kita kumpulkan dalam meteorit sekarang sangat mirip dengan apa yang turun hujan di Bumi saat itu."
Dworkin juga adalah ilmuwan pemerintah terkemuka dalam misi OSIRIS-REx ke asteroid dekat bumi, Bennu. Misi, yang diluncurkan September ini, akan menghabiskan waktu sekitar satu tahun untuk melakukan pengukuran asteroid untuk lebih memahami bagaimana ia bergerak melalui tata surya kita. Ketika waktu pesawat ruang angkasa dengan Bennu habis, ia akan mengumpulkan hadiah pamungkas: sampel dari permukaan asteroid, yang akan membawanya kembali ke Bumi pada tahun 2023 sehingga para ilmuwan dapat mempelajari komposisi kimianya. "Semua yang kami lakukan mendukung mendapatkan satu sampel itu, " kata Dworkin.
Para ilmuwan memilih Bennu sebagian karena kemiripannya dengan jenis meteorit khusus yang memberikan petunjuk yang menarik (walaupun sama sekali tidak meyakinkan) tentang asal usul homochirality. Banyak meteorit mengandung molekul berbasis karbon termasuk asam amino dan gula, yang merupakan bahan yang tepat untuk kehidupan. Kelompok Dworkin menganalisis komposisi senyawa "organik" ini dalam lusinan meteorit, dan sampai pada kesimpulan yang mengejutkan. Seringkali versi kanan dan kanan, misalnya, asam amino, ditemukan dalam jumlah yang sama — persis seperti yang diharapkan. Tetapi dalam banyak kasus, satu atau lebih molekul organik ditemukan dengan kelebihan satu tangan, kadang-kadang kelebihan yang sangat besar. Dalam setiap kasus itu, dan dalam setiap meteorit yang dipelajari sejauh ini oleh para peneliti lain di lapangan, molekul berlebih adalah asam amino kidal yang ditemukan secara eksklusif dalam kehidupan di Bumi.
Dworkin mengatakan bahwa sampel dari Bennu dapat memberikan bukti yang lebih kuat dari fenomena ini. "Tidak seperti meteorit, yang, satu, jatuh ke tanah dan kemudian terkontaminasi, dan, dua, terpisah dari tubuh induknya, " dengan Bennu, para ilmuwan akan tahu persis di mana di asteroid sampel itu berasal. Mereka mengambil "tindakan luar biasa" mengkonfirmasi bahwa tidak ada dari biologi bumi yang dapat mencemari sampel. "Jadi ketika kita mendapatkan kelebihan asam amino (contohnya) pada sampel Bennu pada tahun 2023, kita dapat yakin bahwa itu bukan dari kontaminasi, " kata Dworkin.
Bukti sejauh ini dari meteorit menyiratkan bahwa mungkin ada cara untuk menghasilkan homochirality tanpa kehidupan. Namun, Dworkin berkata, "Kami tidak tahu apakah kimia yang mengarah pada homochirality dan kehidupan berasal dari meteorit, dari proses di bumi, atau mungkin dari keduanya." Masih ada pertanyaan tentang bagaimana dan mengapa kelebihan itu berkembang di meteorit atau induk asteroidnya atau di Bumi awal.
Banyak hipotesis. Sebagai contoh, cahaya terpolarisasi yang ditemukan di sisi galaksi kita dapat menghancurkan versi kanan dari banyak asam amino dengan jumlah kecil, tetapi nyata. Sedikit kelebihan asam amino kidal, kemudian harus secara drastis diperkuat untuk mencapai tingkat yang ditemukan pada organisme hidup di Bumi.
Ini adalah proses amplifikasi ini yang membangkitkan minat Donna Blackmond dari Scripps Research Institute di La Jolla, California. Blackmond telah mempelajari potensi kimiawi dari homochirality selama hampir seluruh karirnya. "Saya pikir ini akan menjadi kombinasi antara proses kimia dan fisik, " katanya. Kelompok Blackmond saat ini sedang berusaha menemukan bagaimana reaksi kimia yang mungkin terjadi di Bumi purba mungkin diombang-ambingkan untuk menghasilkan hanya blok-blok pembangun kehidupan. Pada tahun 2006, timnya menunjukkan bahwa mereka hanya dapat memperkuat asam amino kidal mulai dari kelebihan kecil. Pada tahun 2011, mereka menunjukkan bahwa asam amino yang diamplifikasi kemudian dapat digunakan untuk menghasilkan prekursor RNA yang sangat besar, yang dibuat dengan tangan kanan oleh gula yang melekat padanya. (RNA dianggap oleh banyak ilmuwan sebagai molekul biologis asli.) Blackmond dan banyak ahli kimia lainnya telah membuat langkah dalam jenis kimia ini, tetapi mereka masih jauh dari kemampuan untuk memodelkan semua kimia dan kondisi yang mungkin ada di asteroid atau planet remaja.
Blackmond juga mencatat bahwa jauh dari kejelasan bahwa kehidupan membutuhkan kehebohan total untuk memulai. "Satu ekstrem nyata adalah mengatakan bahwa tidak ada yang bisa terjadi sampai kita memiliki kumpulan bangunan yang sepenuhnya homochiral, dan saya pikir itu mungkin terlalu ekstrem, " katanya. "Kita bisa mulai membuat polimer tipe informasi" - seperti DNA dan RNA - "mungkin sebelum kita memiliki homochiralitas." Dengan harapan membuka satu lagi teka-teki ini, para peneliti sekarang mengembangkan teknologi baru untuk menentukan apakah ada kelebihan satu tangan di ruang antarbintang.
Sementara itu, kehidupan di Bumi akan terus berlanjut, misterius dan asimetris seperti biasa.
