Российские ученые нашли в земной установке, моделирующей космос, важные «кирпичики жизни»
Ряд органических молекул, из которых могла образоваться жизнь в космосе, открыли российские ученые Самарского филиала Физического института им. П.Н. Лебедева РАН при помощи специальной лабораторной установки. Эта установка – не что иное, как модель космоса, со всеми прилагающимся к нему элементами: вакуумом, экстремально низкими температурами, космическими лучами.
тестовый баннер под заглавное изображение
«Инкубатор» для зарождения сложных молекул был впервые представлен на заседании ученого совета РАН еще в прошлом году. С виду эта двухметровая конструкция напоминает компактный ускоритель частиц – набор цилиндрических камер, труб, проводов. Кто бы мог подумать, что так может выглядеть модель Вселенной!
Именно здесь, по словам старшего научного сотрудника Самарского филиала ФИАН Ивана Антонова, и моделируется глубокий вакуум межзвездной среды: холодные молекулярные облака и области звездообразования. Делается это при помощи вакуумной камеры, специальной, охлаждаемой до температуры жидкого гелия (4-5 Кельвинов) поверхности, на которую напыляется лед, состоящий из простых органических молекул, к примеру, метана. Ученые выбирают такой состав льда, какой встречается на ледяных мантиях пылевых частиц в межзвездном пространстве. Потом эту модель космической ледяной мантии подвергают облучению. Например, ультрафиолетовому, похожему на свет звезд на определенной спектральной линии атомарного водорода. Она называется Lyman-α (линия Лаймана-альфа), это жесткий ультрафиолет. В итоге в лабораторном «космосе» из простых молекул образуются более сложные.
Как мы ранее сообщали, из того самого метана после облучения в камере появились более сложные углеводороды: пропан и бутан. Это значит, делают вывод ученые, что эти углеводы вполне могут образовываться под воздействием солнечного излучения на Юпитере, Сатурне или Плутоне, где имеется метан в жидком или замороженном состоянии.
– Работы идут у нас по нарастающей, – мы изучаем образование углеводородных молекул, содержащих кислород, – рассказывает Иван Антонов. – Общая концепция заключается в том, что мы ищем молекулы — предшественники сахаров – источников энергии для всего живого. Мы пытаемся их синтезировать из простых молекул, имеющихся в межзвёздной среде, таких как монооксид углерода, метан, вода, метанол.
Если в космосе найдено около 300 молекул, то на Земле, в условиях лабораторий – до 100. Естественно, я суммирую данные, полученные нами и группой Ральфа Кайзера из Гавайского университета.
– Одно из веществ, недавно полученных нами на нашей установке по созданию искусственного космоса, – это молочная кислота, которая в наше организме получается из глюкозы и фруктозы в процессе окисления.
Справка «МК». Молочная кислота — органическое соединение, которое вырабатывается в организме в процессе метаболизма глюкозы. Это важный элемент для процессов переработки энергии и выносливости организма.
– На пути от моносахаридов к углекислому газу и воде мы получили также лактоальдегид, который также, как и молочная кислота, участвует в процессе метаболизма в организме.
– Названные вещества нам нужны для образования рибозы. Это сахар, который служит основой для ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) и РНК (рибонуклеиновой кислоты) — то есть, для передачи генетической информации. Соответственно, если мы поймем, как образуются в космосе сахара, либо их метаболиты, в конечном итоге мы узнаем, как строится, кодируется и хранится генетическая информация.
– Она могла образоваться либо в космосе, либо в условиях ранней Земли, куда эти молекулы могли быть принесены при кометных бомбардировках. На этапе ранней Земли был такой период, когда на планету падало много метеоритов. Они могли, в принципе, принести весь тот материал, который синтезировался за миллион лет в составе молекулярного облака.
– Зонд миссии «Розетта» нашел на комете 67Р/Чурюмова — Герасименко простую аминокислоту — глицин. Считается, что эта аминокислота может образовываться из аммиака, цианида и формальдегида. Для этого ей необходимо только присутствие воды и солнечной энергии. Подобные аминокислоты, вплоть до составных частей белков, были найдены и в метеоритном веществе, к примеру, в метеорите «Мерчисон», упавшем в Австралии в 1969 году. Эти вещества теоретически могли быть основой для образования более сложных организмов на Земле. То есть, межзвездная химическая эволюция могла бы быть признана нами как основа для образования жизни.
Что касается аминокислот, здесь вопрос скорее не в том, можно их найти или нет, а в том, при каких условиях они образуется? Исходя из этого уже можно, допустим, смотреть, где у нас есть такие условия в космосе, где может существовать жизнь. Таким образом, если мы озабочены поиском либо планет, пригодных для жизни, либо братьев по разуму, одно из направлений, в котором надо смотреть, – это искать звёзды, похожие на Солнце, имеющие планетные системы, похожие на Землю. С этим, кстати, пока проблемы: находить землеподобные планеты сложно, они слишком лёгкие. Но мы примерно понимаем, каким образом могла образовываться биомасса, необходимая для последующего формирования жизни.
– Цикл звёздной эволюции представляет собой последовательность различных стадий. Из очень рыхлого, неплотного облака межзвездного газа и пыли, которое постепенно сжимается, появляется плотное молекулярное облако, потом в нём возникает гравитационная неоднородность, образуется протозвезда, и на неё всё начинает падать. В результате образуется протопланетный диск, и зажигается звезда. И вот на этом этапе пыль подвергается облучению сначала космическими лучами, потом уже светом звезды и происходит синтез наших биомолекул.
– Это пока ещё не решено, но теоретически могла. Понимаете, в чём проблема? Не совсем понятно, что считать жизнью. Вот цепочка РНК или ДНК — это уже жизнь или ещё нет? Вирус – это жизнь или еще нет?
– Да, но ведь нам известно, что вирусы ведут себя как живые организмы только в том случае, если они попадают в клетку…
И опять же, если мы говорим про клетку, мы имеем в виду конструкцию с мембраной, внутри которой есть какие-то органеллы, которые умеют что-то делать для поддержания жизнедеятельности и размножения или без всего этого…
– Уже несколько десятков лет существует такое понятие, как «концепция мира РНК». В ней предлагаются варианты, как могла зародиться живая или относительно живая структура наподобие клетки. Один из таких вариантов – образование таких структур в составе комет. Кометы, летающие вокруг звезды, периодически подлетают к ней и прогреваются. В них, помимо жидкой воды имеются ещё различные минералы, имеющие, допустим, слоистую структуру, на которой могут закрепляться молекулы РНК. Вот эти молекулы, соответственно, могут во время этих циклов пролёта около звезды проходить через определенные стадии и рождать в итоге жизнь.
– Да, ускоряет процесс. Но, с другой стороны, конечно, в условиях планеты, на которой есть атмосфера и жидкая вода условия для зарождения жизни более благоприятные.