Введение
В 2021 году космическая миссия «Хаябуса-2» успешно доставила на Землю кусочек астероида 162173 Рюгу — пять граммов самого древнего и нетронутого вещества, оставшегося от формирования Солнечной системы 4.5 миллиарда лет назад. Весной прошлого года ученые выявили, что в химический состав астероида входят 10 аминокислот, строительных блоков белков. Открытие добавило доказательств того, что первичный бульон, из которого возникла жизнь на Земле, мог быть приправлен аминокислотами из кусочков астероидов.
Но откуда взялись эти аминокислоты? Аминокислоты, протекающие через наши экосистемы, являются продуктами клеточного метаболизма, в основном в растениях. Какой небиологический механизм мог поместить их в метеориты и астероиды?
Ученые придумали несколько способов, и недавняя работа исследователей из Японии указывает на новый важный механизм: на механизм, использующий гамма-лучи для создания аминокислот. Их открытие делает еще более вероятным, что метеориты могли способствовать зарождению жизни на Земле.
Несмотря на то, что они являются неотъемлемой частью химии жизни, аминокислоты представляют собой простые молекулы, которые можно легко приготовить из соединений углерода, кислорода и азота, если есть достаточно энергии. Семьдесят лет назад знаменитые эксперименты Стэнли Миллера и Гарольда Юри доказали, что электрического разряда в газовой смеси метана, аммиака и водорода (которая в то время ошибочно считалась имитирующей раннюю атмосферу Земли) было достаточно, чтобы образовалась смесь органические соединения, в состав которых входят аминокислоты. Более поздние лабораторные исследования показали, что аминокислоты потенциально могут также образовываться в отложениях вблизи гидротермальных источников на морском дне. открытие в 2018 году подтвердил, что это иногда происходит.
Возможность того, что исходные аминокислоты могли появиться из космоса, стала появляться после 1969 года, когда два больших метеорита — метеорит Мерчисон в западной Австралии и метеорит Альенде в Мексике — были обнаружены сразу после их падения. Оба были углеродистыми хондритами, редким классом метеоритов, напоминающих Рюгу, которые, по мнению ученых, образовались из более мелких ледяных тел после того, как Солнечная система впервые сформировалась. Оба также содержали небольшое, но значительное количество аминокислот, хотя ученые не могли исключить возможность того, что аминокислоты были загрязняющими веществами или побочными продуктами их воздействия.
Тем не менее ученые-космонавты знали, что ледяные пылевые тела, образующие углеродсодержащие хондриты, вероятно, содержали воду, аммиак и небольшие молекулы углерода, такие как альдегиды и метанол, поэтому в них должны были присутствовать элементарные составляющие аминокислот. Им нужен был только источник энергии для облегчения реакции. Экспериментальная работа показала, что ультрафиолетовое излучение сверхновых могло быть достаточно сильным, чтобы сделать это. Столкновения между пылевыми телами также могли нагреть их достаточно, чтобы вызвать аналогичный эффект.
«Мы знаем много способов абиологически производить аминокислоты», — сказал он. Скотт Сэндфорд, лаборант-астрофизик Исследовательского центра Эймса НАСА. «И нет причин ожидать, что они не все произошли».
Теперь команда исследователей Йокогамского национального университета в Японии во главе с химиками Йоко Кебукава и Кенсей Кобаяши показали, что гамма-лучи также могли производить аминокислоты в хондритах. В своей новой работе они показали, что гамма-лучи радиоактивных элементов в хондритах — скорее всего, алюминия-26 — могут превращать соединения углерода, азота и кислорода в аминокислоты.
Конечно, гамма-лучи могут разрушать органические соединения так же легко, как и создавать их. Но в экспериментах японской группы «усиление производства аминокислот радиоизотопами было более эффективным, чем разложение», — сказал Кебукава, поэтому гамма-лучи произвели больше аминокислот, чем разрушили. Исходя из скорости производства, наблюдаемой в их экспериментах, исследователи очень приблизительно подсчитали, что гамма-лучи могли поднять концентрацию аминокислот в углеродистом хондритовом астероиде до уровней, наблюдаемых в метеорите Мерчисон, всего за 1,000 лет или целых 100,000 XNUMX лет. .
Поскольку гамма-лучи, в отличие от ультрафиолетового света, могут проникать глубоко внутрь астероида или метеорита, этот механизм может иметь особое значение для сценариев происхождения жизни. «Это открывает совершенно новую среду, в которой можно производить аминокислоты», — сказал Сэндфорд. Если метеориты достаточно велики, «их средняя часть может пережить вход в атмосферу, даже если внешняя часть исчезнет», — пояснил он. «Таким образом, вы не только производите [аминокислоты], но и делаете их на пути к планете».
Введение
Одно из требований нового механизма заключается в том, что для поддержания реакций должно присутствовать небольшое количество жидкой воды. Это может показаться существенным ограничением: «Я легко могу себе представить, что люди думают, что жидкая вода вряд ли существует в космической среде», — сказал Кебукава. Но углеродсодержащие хондритовые метеориты полны минералов, таких как гидратированные силикаты и карбонаты, которые образуются только в присутствии воды, объяснила она, и небольшое количество воды даже было обнаружено внутри некоторых минеральных зерен в хондритах.
Из таких минералогических данных, сказал Василиса Виноградова, астрохимик из Экс-Марсельского университета во Франции, ученые знают, что молодые астероиды содержали значительное количество жидкой воды. «Водная фаза изменения этих тел, когда могли образоваться аминокислоты, о которых идет речь, длилась около миллиона лет», — сказала она, — более чем достаточно, чтобы произвести наблюдаемые количества аминокислот. в метеоритах.
Сэндфорд отмечает, что в экспериментах, проведенных им и другими исследователями, облучение ледяных смесей, подобных тем, что были в первичных межзвездных молекулярных облаках, может привести к образованию тысяч соединений, важных для жизни, включая сахара и азотистые основания, «а аминокислоты практически всегда присутствуют в смешивание. Так что вселенная, похоже, запрограммирована на производство аминокислот».
Виноградов поддержал эту точку зрения и сказал, что в настоящее время известно, что разнообразие органических соединений, которые могут присутствовать в метеоритах, огромно. «Вопрос изменился: почему именно эти молекулы оказались важными для жизни на Земле?» она сказала. Почему, например, земная жизнь использует только 20 из множества аминокислот, которые могут быть произведены, и почему она почти исключительно использует «левосторонние» структуры этих молекул, когда зеркальные «правосторонние» структуры естественно образуются в равном изобилии? Это могут быть загадки, которые доминируют в химических исследованиях самых ранних истоков жизни в будущем.
