Теория строится на изучении аминокислот

Новое исследование показало, что аминокислоты, строительные блоки жизни, могли попасть на Землю вместе с частицами межзвездной пыли, что потенциально могло способствовать зарождению биологии в том виде, в котором мы ее знаем.

В недавнем исследовании, опубликованном в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Стивен Томпсон (Stephen Thompson) и Сара Дэй (Sarah Day) изучили, как аминокислоты, такие, как глицин и аланин, могут выживать в суровых условиях космоса и попадать на Землю в составе космической пыли.

Аминокислоты — это молекулярные основы белков и ферментов, которые управляют всеми биологическими процессами в живых организмах. Хотя ученые давно спорят о том, образовались ли эти молекулы на Земле или прибыли из космоса, новое исследование предоставляет убедительные доказательства того, что космическая пыль могла сыграть решающую роль в их доставке.

Команда синтезировала крошечные частицы аморфного силиката магния, основного компонента космической пыли, и нанесла на них аминокислоты — глицин, аланин, глутаминовую кислоту и аспарагиновую кислоту. С помощью инфракрасной спектроскопии и порошковой рентгеновской дифракции на синхротроне они изучили поведение этих молекул при нагревании силикатных частиц, имитируя нагрев, который происходит при прохождении пылевых частиц через раннюю Солнечную систему.

Они обнаружили, что только глицин и аланин успешно связываются с частицами силиката. Эти аминокислоты образуют кристаллические структуры и, в случае аланина, остаются стабильными при температурах, значительно превышающих его температуру плавления. Исследование также показало, что две зеркально отраженные формы аланина (L- и D-аланин) ведут себя по-разному при нагревании: L-аланин проявляет большую реакционную способность, чем его D-форма. С другой стороны, глицин выделялся из силиката при температурах ниже точки его чистого разложения, что указывает на то, что он отделялся от поверхности зерна, а не разрушался.

Команда подготовила две партии аморфного силиката и подвергла одну из них термической обработке перед нанесением аминокислот. Это было сделано для того, чтобы удалить атомы водорода с поверхности силиката и получить два силиката с разными свойствами поверхности, которые, как было установлено, также влияют на температуру, при которой происходит потеря аминокислот.

Эти незначительные различия могли иметь серьезные последствия для типов молекул, которые способствовали зарождению жизни на Земле.

Хотя исследование проводилось только на одном компоненте космической пыли, полученные результаты могут указывать на существование возможного «астроминералогического механизма отбора» — естественного процесса фильтрации, при котором из-за ограниченного количества доступных поверхностей пылевых частиц к ним прикрепляются только определенные аминокислоты.

Аминокислоты образуются в ледяных оболочках, покрывающих зерна космической пыли, и этот механизм вступает в игру, когда ледяные оболочки сублимируются в космосе вместе с содержащимися в них аминокислотами, когда зерна пыли пересекают так называемую «снежную линию» и попадают в более теплые внутренние области ранней Солнечной системы. Это, в свою очередь, могло повлиять на то, какие молекулы в конечном счете попали на Землю, сформировав ранний органический состав планеты.

Космический рецепт жизни

Исследование подтверждает идею о том, что аминокислоты, образовавшиеся в межзвездных ледяных мантиях, могли попасть на силикатные частицы пыли и сохраниться там достаточно долго, чтобы попасть на Землю. Скорее всего, это произошло между 4,4 и 3,4 миллиардами лет назад, в период формирования земной коры и океанов после окончания так называемой поздней тяжелой бомбардировки и появления в геологической летописи первых микроокаменелостей.

Антарктические микрометеориты и образцы с комет содержат высокие концентрации органических веществ, в том числе аминокислот. Кроме того, хотя столкновения с кометами и астероидами, которые также содержат аминокислоты, в то время все еще происходили, считается, что поток микрометеоритов был настолько сильным, что, вероятно, стал основным источником органического углерода на ранней Земле.

Считается, что этот поток космической пыли, богатой предшественниками жизни, на поверхность Земли потенциально компенсировал ограниченное количество аминокислот, которые могли образоваться только в результате земного синтеза, что позволило зародиться жизни на Земле.

Исследование команды ученых добавляет важный фрагмент в головоломку о происхождении жизни. Оно показывает, что зерна межзвездной пыли не просто переносят молекулы — они могут активно влиять на то, какие органические вещества выживают и достигают таких планет, как Земля. Понимая эти процессы, ученые смогут лучше представить, как жизнь может зародиться в других уголках Вселенной.

В 2022 году японские ученые изучили три метеорита, которые упали на Землю в этом и прошлом веке, однако являются ровесниками Солнечной системы или еще старше. Тогда анализ показал, что они принесли с собой из космоса органические соединения, которые лежат в основе ДНК и РНК.