Хотя сегодня подробности, по понятным причинам, невелики, считается, что жизнь на Земле возникла около 4 миллиардов лет назад из роковой смеси органических соединений, широко известной как первичный суп.
Как и где были созданы ингредиенты для этого протобиологического продукта, до сих пор остается предметом споров, учитывая сроки и условия на поверхности остывающей молодой Земли.
Как показали недавние исследования, важнейшие материалы, такие как аминокислоты, липиды и сахара, могут образовываться в глубинах космоса и доставляться на раннюю Землю через метеориты и кометы.
Согласно новому исследованию группы из Германии и Франции, этот сценарий не только правдоподобен, но и предлагает наиболее вероятное объяснение того, как Земля получила определенные строительные блоки жизни, некоторые из которых могли бы более эффективно сформироваться в межзвездном пространстве. Исследование было опубликовано в журнале Science Advances.
Исследование сосредоточено конкретно на образовании пептидов или коротких цепочек из от 2 до 50 аминокислот, связанных химическими связями, называемыми пептидными связями.
Пептиды являются ключом к жизни на Земле. Сформированные из уникальных последовательностей аминокислот, они выполняют разнообразные функции, например, катализируют множество биологических процессов. Авторы отмечают, что древние пептиды также могли сыграть роль в создании примитивных предшественников клеточных мембран.
Тем не менее, несмотря на очевидную важность пептидов в обеспечении жизни на Земле, молодая планета, вероятно, не предлагает идеальных условий для их формирования, добавляют исследователи.
Они объясняют, что вода может оказывать мешающее влияние на образование пептидов из химических компонентов и, таким образом, могла препятствовать этой части абиогенеза или возникновению жизни из неживых материалов.
Существует удивительно более дружелюбное место для образования пептидов: межзвездная среда, термин, обозначающий редкую материю и излучение, занимающее огромные пространства между звездными системами.
Под руководством Сержа Краснокутского, астрофизика из Института астрономии Макса Планка в Германии, авторы исследования смоделировали условия, обнаруженные в межзвездной среде, что позволило им проверить в лаборатории некоторые ключевые детали того, как наша планета могла оказаться с пептидами.
Они подтвердили, например, что синтез пептидов зависит от трех химических ингредиентов – углерода, монооксида углерода и аммиака – присутствие которых может спровоцировать образование аминокислотоподобных молекул аминокетенов в межзвездных пылевых облаках низкой плотности.
По мере того, как такого рода молекулярное облако конденсируется, его частицы пыли начинают коагулировать, отмечают исследователи, и молекулы аминокетенов могут собираться в цепочки – то есть в пептиды.
Продолжающаяся коагуляция частиц пыли в межзвездном пространстве может помочь превратить тонкое молекулярное облако в более плотный протопланетный диск — кольцо обломков вокруг звезды, которое в конечном итоге конденсируется, образуя планеты, луны и другие небесные тела.
Внутри этих околозвездных дисков кометы или астероиды, находящиеся на большом расстоянии от своей звезды, являются «наиболее интересными объектами для образования пептидов», пишут исследователи.
По мере приближения такого объекта к звезде и нагревания испарение его внутренних молекул, как правило, подавляется, и свободно испаряться могут только молекулы из тонкого поверхностного слоя.
Когда температура объекта повышается до 176 Кельвинов, аммиак в его молекулярном льду соединяется с водой, образуя смесь, температура плавления которой ниже, чем у его составляющих. Неспособное испаряться, сжиженное содержимое глубоко внутри кометы или астероида может «хорошо подходить» для образования молекул аминокетенов, пишут авторы исследования.
Они отмечают, что твердые молекулы могут более свободно перемещаться в этом жидком состоянии, что позволяет высокой концентрации молекул аммиака служить катализаторами.
Кроме того, поскольку быстрое потепление может подорвать образование пептидных связей, длительные промежутки времени, в течение которых эти небесные объекты подвергаются изменениям температуры, с большей вероятностью будут способствовать синтезу пептидов, предоставляя больше времени для протекания необходимых химических реакций.
Авторы предполагают, что пептиды, вероятно, образовались таким образом по мере развития нашей Солнечной системы и, возможно, позже достигли Земли, когда молодая планета подверглась бомбардировке метеоритами, кометами и другими объектами, потенциально содержащими пептиды.
Прибытие пептидов дало бы Земле по крайней мере один критический компонент для жизни, способствуя развитию протомембран или предшественников мембран, которые придают клеткам их структуру и загоняют их содержимое.
Для изучения этих результатов и продолжения заполнения пробелов в нашем понимании происхождения жизни потребуются дополнительные исследования, но авторы говорят, что это исследование добавляет существенную поддержку идее о том, что внеземные ингредиенты помогли оживить первобытный суп Земли.
