Дослідження показали, що амінокислоти можуть утворювати пептиди – будівельні блоки життя – у космосі, що потенційно пояснює походження життя. Згідно з попередніми теоріями, амінокислоти, занесені кометами і метеоритами, засіяли Землю на ранніх етапах її формування. Тоді перетворення цих кислот в пептиди відбулося після їх прибуття, а не до. Нове дослідження спростовує це уявлення, стверджуючи, що таке перетворення може відбуватися в космосі.
Як зародилося життя? Це одне з найбільш фундаментальних питань, яке задавали протягом всієї історії людства і релігійні діячі, і філософи, і вчені. Але станом на 2022 рік на нього немає єдиної відповіді.
Для вчених це питання в першу чергу пов’язане з походженням одноклітинних організмів, які, судячи з скам’янілостей, з’явилися через кілька сотень мільйонів років після утворення планети. Це пояснюється головним чином тим, що саме ці одноклітинні організми заклали основу для еволюційного процесу, заснованого на природному відборі, який призвів до появи широкого спектру складних форм життя, які ми бачимо сьогодні. Проте, питання про те, як ці найперші організми зародилися, залишається без відповіді.
Зараз команда дослідників з Єнського університету Фрідріха Шиллера та Інституту астрономії Макса Планка показала, що в суворих умовах космосу амінокислоти можуть перетворюватися на більш складні пептиди – ключовий компонент життя.
Згідно з прес-релізом, що оголошує про нове дослідження, “амінокислоти, нуклеобази та різні цукри, знайдені, наприклад, у метеороїдах, показують, що їх походження може бути позаземним. Однак для утворення пептиду з окремих молекул амінокислот необхідні особливі умови, які, як вважалося раніше, швидше за все, існують на Землі”.
До цих пір ці умови зазвичай включали присутність води, перш за все тому, що кожен раз, коли основна амінокислота з’єднується з іншою для утворення пептидного ланцюга, молекула води повинна бути видалена.
“Вода відіграє важливу роль у звичайному способі створення пептидів”, – пояснив доктор Серж Краснокутський з лабораторної групи астрофізики та фізики кластерів інституту. “Наші квантово-хімічні розрахунки показали, що амінокислота гліцин може бути утворена шляхом з’єднання хімічного прекурсора – амінокетену – з молекулою води. Простіше кажучи, в цьому випадку для першого етапу реакції необхідно додати воду, а для другого – видалити”.
Це суперечливе збіг обставин змусило дослідників поглянути на Походження пептидів зовсім іншим, шокуюче більш простим способом, виключивши один з двох етапів і воду з процесу взагалі.
“Замість того, щоб йти хімічним шляхом, в якому утворюються амінокислоти, ми хотіли з’ясувати, чи не можуть замість них утворюватися молекули амінокетонів і з’єднуватися безпосередньо, утворюючи пептиди”, – сказав Краснокутський. “І ми зробили це в умовах, які переважають у космічних молекулярних хмарах, тобто на частинках пилу у вакуумі, де в достатку присутні відповідні хімічні речовини: вуглець, аміак і чадний газ”.
Щоб перевірити цю гіпотезу, команда використовувала надвисоку вакуумну камеру, яка дозволила їм змоделювати середовище космосу, опустивши його приблизно до однієї квадрильйонної нормального тиску повітря і мінус 263 градусів Цельсія. Усередині камери вони помістили штучні субстрати, які служили моделями частинок пилу, подібних до тих, що зустрічаються в міжзоряному просторі. Коли дослідники ввели молекули вуглецю, аміаку та окису вуглецю на поверхню імітованих частинок пилу, вони спостерігали одномоментне перетворення окремих амінокислот гліцину в пептидний ланцюг полігліцину. І все це без додавання води.
“Дослідження показали, що в цих умовах пептидний полігліцин утворився з простих хімічних речовин”, – говорить Краснокутський. “Таким чином, це ланцюги дуже простої амінокислоти гліцину”.
“І ми спостерігали різну довжину”, – додав Краснокутський щодо складності пептидів, що спостерігаються в їх експериментах. “Найдовші зразки складалися з одинадцяти одиниць амінокислоти”.
За словами дослідницької групи, успіх цього безводного, одноступінчастого перетворення заснований головним чином на одній “надзвичайно реактивної” амінокислоті – амінокетоні.
“Той факт, що реакція може відбуватися при таких низьких температурах, пояснюється тим, що молекули амінокетену надзвичайно реакційноздатні”, – говорить Краснокутський. “Вони з’єднуються один з одним в ефективній полімеризації. Продуктом цього є полігліцин”.
Дослідники кажуть, що їх здивувало, що ця полімеризація амінокетену може відбуватися в таких екстремальних, схожих на космічні, умовах, насамперед через енергетичний бар’єр, який необхідно подолати для цього перетворення. Однак зараз вони підозрюють, що щось може відбуватися на дуже малих масштабах-явище, відоме як квантове тунелювання, яке допомагає амінокислоті обійти цей енергетичний бар’єр і сформувати справжні пептидні ланцюги.
“Можливо, в цьому нам допомагає особливий ефект квантової механіки”, – говорить Краснокутський. “На цьому особливому етапі реакції атом водню змінює своє місце. Однак він настільки малий, що, будучи квантовою частинкою, не зміг подолати бар’єр, а просто зміг перетнути його, так би мовити, за допомогою ефекту тунелювання”.
Опубліковане в журналі Nature Astronomy, це лише одне дослідження. Але якщо результати підтвердяться, вони покажуть, що амінокислотам, швидше за все, не потрібні були умови ранньої Землі, щоб об’єднатися в складні молекули. Навпаки, ці умови, можливо, вже існують у міжзоряному просторі, і ранній Землі просто потрібно було достатньо охолонути (і заспокоїтися), щоб ці будівельні блоки життя закріпилися. Якщо це правда, то питання про “походження життя” може залишатися відкритим, але це також означає, що може з’явитися нове місце для пошуку відповіді.
“Тепер, коли стало ясно, що не тільки амінокислоти, але і пептидні ланцюги можуть бути створені в космічних умовах”, – йдеться в прес-релізі, – “можливо, при дослідженні походження життя нам доведеться звернути увагу не тільки на Землю, але і на космос”.
