Кометы и аминокислоты: Космические кирпичики жизни

Конечно, на Земле аминокислот немало, сегодня они «массово» производятся живыми организмами, а с некоторых пор — и химической промышленностью. Но ведь когда-то ни промышленности, ни жизни на планете не было, откуда же здесь взялись первые аминокислоты?

На этот счет существует целый ряд теорий. Например, неорганический синтез аминокислот из компонентов «примордиального бульона», водного раствора простейших органических соединений, метана, углекислоты и так далее, — при энергетической подпитке от интенсивных грозовых разрядов, солнечного УФ-излучения, вулканов и т. п. Другие специалисты полагают, что первые аминокислоты могли быть занесены на Землю космическими странницами — кометами. Это впрямую приближает нас к гипотезе панспермии, согласно которой жизнь на нашей планете имеет внеземное происхождение (но, кстати, не снимает вопроса о том, откуда вообще взялась жизнь — ведь где-то она должна была появиться изначально).

Несмотря на некоторую фантастичность, гипотеза панспермии отнюдь не отбрасывается даже самыми авторитетными учеными. В ее пользу свидетельствует целый ряд исследований, о некоторых из которых мы вам уже рассказывали. Например, доказательство того, что даже земные цианобактерии могут жить в самых жестких условиях — скажем, на Луне («Первые в цепочке»). Или органические молекулы, обнаруженные в составе метеорита («Жизнь из космоса»). Или обнаружение неизвестных ранее бактерий у самой границы космоса («Высокие гости»). Впрочем, вернемся к аминокислотам и кометам.

Новое исследование на эту тему провели американские ученые во главе с Нилсом Голдманом (Nils Goldman). Потратив около 1 млн часов работы одного из мощнейших в мире компьютерных кластеров Atlas, они провели математический обсчет модели химических процессов, которые могут происходить внутри отдельной ледяной гранулы, находящейся «на борту» кометы, по касательной врезающейся в планету. Оказалось, что ударная волна этого столкновения создает достаточно энергии для того, чтобы аминокислоты образовались прямо на комете. Даже если комета изначально их не несла, а имела только простейшие соединения, аминокислоты могли образоваться из них непосредственно перед «высадкой» на планету.

Теперь — подробности. Компьютерная симуляция началась с ледяной крупицы, в которой содержалось 210 молекул, состав которых вполне типичен для комет. Сюда входят аммиак, моно- и диоксид углерода (СО и СО2), метанол и вода. Затем ученые «разогнали» эту крупицу для вполне типичной для комет скорости 29 км/с и по касательной «столкнули» ее с атмосферой Земли (поскольку лобовой удар просто разрушил бы и сжег всю комету). Все это потребовало крайне изощренной математики, с использованием таких сложных моделей, как функциональная теория плотности и другие квантово-механические уравнения.

Сравнительно слабая ударная волна создала в ледяной грануле давление в 10 ГПа, раскалив ее до 700 К (427О С) и сжав примерно на 40%. В этих условиях оказалось возможным преодоление главного энергетического барьера, с формированием органических молекул, содержащих С-N связь. Конкретнее говоря, модель показала протекание синтеза с образованием мочевины. А с точки зрения химии от мочевины до аминокислоты — уже один шаг, причем не самый сложный.

Затем ученые повысили силу ударной волны (это можно сделать, например, изменив угол падения кометы), так что она генерировала давление уже 47 ГПа и — буквально на доли секунды — температуру в 3141 К (2870О С). Уже этого краткого времени было достаточно для появления первых молекул с C-N связью, но синтез продолжался и в течение следующего этапа, пока ледяная гранула остывала и релаксировала. В итоге были идентифицированы 5 различных молекул с C-N связью, включая мочевину, цианистую кислоту и — что особенно интересно — комплекс СО2 с простейшей аминокислотой, глицином. В присутствии ионов гидроксония (Н3О+), которые также формировались при описанных выше условиях, комплекс СО2 с глицином должен распадаться с выделением воды, диоксида углерода — и чистого глицина.

Что и требовалось доказать.

По публикации PhysOrg.Com