Международная группа исследователей продемонстрировала, что в глубоких слоях межзвёздного пространства сложные органические молекулы, которые являются предшественниками белков, способны формироваться естественным путём без участия живых организмов. Результаты их экспериментов опубликованы в журнале Nature Astronomy и изменяют представление о распространённости химических компонентов, важных для возникновения жизни во Вселенной.
Что именно обнаружили учёные
Ранее считалось, что в холодных, плотности почти нулевой среде межзвёздных пылевых облаков могут образовываться только самые простые молекулы, такие как отдельные аминокислоты. Однако новое исследование показало: космическое излучение и экстремальные условия могут способствовать образованию более сложных цепочек — пептидов, которые состоят из двух или более связанных аминокислот и являются строительными блоками белков.
Белки — это макромолекулы, выполняющие ключевую роль в живых организмах: они обеспечивают структуру и выполняют разнообразные биохимические функции. Для того чтобы появиться химии, которая могла привести к жизни, нужны не только простые органические молекулы, но и их соединения в более сложные структуры. Пептиды являются одним из таких «промежуточных звеньев» между простыми аминокислотами и полноценными белками.
Эксперименты в лаборатории: как это проверяли
Исследование было проведено учёными Орхусского университета (Дания) совместно с международным европейским центром в Венгрии (HUN-REN Atomki). В лаборатории они создали условия, максимально приближённые к тем, что существуют в гигантских межзвёздных газово-пылевых облаках:
- температура около −260° С (примерно 13 Кельвинов);
- давление чрезвычайно низкое, близкое к вакууму;
- воздействие высокоэнергетического космического излучения, смоделированного ускорителем частиц.
В этих условиях учёные поместили в камеру молекулы глицина — самой простой аминокислоты, ранее обнаруженной в межзвёздной среде и космических телах. Затем они облучали материал аналогами космических лучей и анализировали химические продукты с помощью спектроскопии.
Результаты показали, что глицин реагировал сам с собой, образуя пептиды и молекулы воды. Это означает, что процесс, аналогичный соединению аминокислот в пептидные цепочки, может происходить не только на планетах или в более поздних стадиях эволюции, но уже в межзвёздной среде задолго до формирования звёзд и планет.
Почему это важно для науки о происхождении жизни
До сих пор астробиологи полагали, что только простейшие органические молекулы могли формироваться в холодной межзвёздной среде, а важные предшественники белков появлялись уже ближе к формированию планет, в более нагретых условиях протопланетных дисков. Новые эксперименты показывают, что сложная органическая химия начинается на гораздо более раннем этапе.
Это означает, что когда массивные облака газа и пыли начинают сжиматься и формировать звёзды и планеты, они уже содержат не только простые составляющие, но и более сложные молекулы, которые могут быть включены в состав будущих тел. Частицы пыли, на которых происходят такие реакции, в конечном счёте входят в состав протопланетных дисков и могут стать частью материала, из которого формируются планеты и их первичные химические запасы.
Универсальность химического механизма
По мнению исследователей, реакция, приводящая к образованию пептидов из аминокислот, является универсальной: она не зависит от конкретного типа аминокислоты и происходит по тем же принципам для разных видов простейших органических молекул. Это повышает вероятность того, что широкий спектр сложных молекул способен образовываться спонтанно в космосе.
Несмотря на успех в получении пептидов, учёные подчёркивают, что для полноценной биохимии необходимы и другие компоненты — например, нуклеобазы, нуклеотиды и мембранные структуры, — и вопросы о том, формируются ли они в межзвёздной среде, остаются открытыми. Команда продолжает работу в рамках Центра межзвёздного катализа (InterCat).
Контекст в астрофизике и астробиологии
Результаты этих исследований вносят важный вклад в понимание того, когда и где могут появляться компоненты жизни. Они также дополняют наблюдения, согласно которым в межзвёздном пространстве уже обнаружены отдельные аминокислоты и другие органические молекулы, что указывает на широкое распространение предбиотической химии во Вселенной.
Это расширяет научную картину о том, что химия жизни не начинается только на планетах, а берет свои истоки в окружении звёздных колыбелей — межзвёздных пылевых облаках, где рождаются новые звёзды и планетные системы.
Заключение
Открытие спонтанного образования сложных органических молекул в условиях межзвёздной среды означает, что необходимые химические компоненты для жизни могут быть распространены в космосе гораздо шире, чем считалось ранее. Это не даёт прямого ответа на вопрос о происхождении жизни, но существенно расширяет понимание химических предпосылок, которые потенциално могут привести к возникновению биологических процессов на планетах, включая, возможно, и планеты за пределами нашей Солнечной системы.
Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org
