Исследователи нашли новую подсказку в поисках происхождения жизни, показав, что пептиды могут образовываться на пыли в условиях, подобных тем, что преобладают в открытом космосе. Эти молекулы, являющиеся одним из основных строительных блоков всей жизни, возможно, возникли вовсе не на нашей планете, а, возможно, в космических молекулярных облаках.
Цепочки аминокислот
Вся жизнь, какой мы ее знаем, состоит из одних и тех же химических строительных блоков. К ним относятся пептиды, которые выполняют в организме различные совершенно разные функции — транспортируют вещества, ускоряют реакции или образуют в клетках стабилизирующие каркасы. Пептиды состоят из отдельных аминокислот, расположенных в определенном порядке. Точный порядок определяет возможные свойства пептида.
Как возникли эти универсальные биомолекулы, является одним из вопросов о происхождении жизни. Аминокислоты, азотистые основания и различные сахара, обнаруженные, например, в метеороидах, показывают, что это происхождение может быть внеземным по своей природе. Однако для образования пептида из отдельных молекул аминокислот требуются совершенно особые условия, которые ранее считались более вероятными на Земле.
Для первого шага нужна вода, а для второго шага воды быть не должно.
«Вода играет важную роль в традиционном способе создания пептидов», — говорит доктор Серж Краснокутски из группы лабораторной астрофизики и кластерной физики Института астрономии Макса Планка Йенского университета. В этом процессе отдельные аминокислоты объединяются в цепочку. Для этого каждый раз необходимо удалять одну молекулу воды. «Наши квантово-химические расчеты показали, что аминокислота глицин может быть образована через химический предшественник, называемый аминокетеном, в сочетании с молекулой воды. Проще говоря: в этом случае вода должна быть добавлена для первой стадии реакции. , а для второго надо удалить воду».
Обладая этими знаниями, группа под руководством физика Краснокутского теперь смогла продемонстрировать путь реакции, которая может происходить в космических условиях и не требует воды.
«Вместо того, чтобы пойти химическим путем, в котором образуются аминокислоты, мы хотели выяснить, не могут ли молекулы аминокетенов образовываться вместо этого и напрямую соединяться с образованием пептидов», — говорит Краснокутски, описывая основную идею работы. Он добавляет: «И мы сделали это в условиях, которые преобладают в космических молекулярных облаках, то есть на частицах пыли в вакууме, где в изобилии присутствуют соответствующие химические вещества: углерод, аммиак и окись углерода».
В камере сверхвысокого вакуума подложки, служащие моделью поверхности пылевых частиц, были сведены вместе с углеродом, аммиаком и окисью углерода примерно при одной квадриллионной нормального давления воздуха и минус 263 градуса Цельсия.
«Исследования показали, что в этих условиях пептид полиглицин образовался из простых химических веществ», — говорит Краснокутский. «Таким образом, это цепи очень простой аминокислоты глицина, и мы наблюдали разную длину. Самые длинные образцы состояли из одиннадцати единиц аминокислоты».
В этом эксперименте немецкая команда также смогла обнаружить предполагаемый аминокетен. «Тот факт, что реакция вообще может происходить при таких низких температурах, связан с тем, что молекулы аминокетенов чрезвычайно реакционноспособны. Они объединяются друг с другом в результате эффективной полимеризации. Продуктом этого является полиглицин».
Эффект квантово-механического туннелирования может сыграть свою роль
«Нас, тем не менее, удивило, что полимеризация аминокетена могла происходить так легко в таких условиях», — говорит Краснокутский. «Это связано с тем, что для этого на самом деле необходимо преодолеть энергетический барьер. Однако, возможно, нам в этом помогает особый эффект квантовой механики. На этом особом этапе реакции атом водорода меняет свое место. , она настолько мала, что как квантовая частица не могла преодолеть барьер, а просто могла пересечь его, так сказать, за счет туннельного эффекта».
Теперь, когда ясно, что не только аминокислоты, но и пептидные цепи могут быть созданы в космических условиях, нам, возможно, придется смотреть не только на Землю, но и больше в космос при исследовании происхождения жизни.