Как блоки жизни могут образовываться во Вселенной
Изображение: American Institute of Physics (AIP)
В лабораторном эксперименте, который имитирует астрофизические условия, с криогенными температурами в сверхвысоком вакууме, ученые использовали электронную пушку для облучения тонких листов льда, покрытых основными молекулами метана, аммиака и двуокиси углерода.
Эти простые молекулы являются ингредиентами для строительных блоков жизни. Эксперимент был протестирован комбинацией электронов и основного вещества.
«Вам просто нужно правильное сочетание ингредиентов», — сказал автор Майкл Уэллс. «Эти молекулы могут сочетаться, они могут химически реагировать в правильных условиях, чтобы образовать более крупные молекулы, которые затем приводят к появлению более крупных биомолекул, которые мы наблюдаем в клетках, таких как компоненты белков, РНК или ДНК или фосфолипиды».
Правильные условия в космосе включают ионизирующее излучение. В космосе молекулы подвергаются воздействию УФ-лучей и высокоэнергетического излучения, включая рентгеновские лучи, гамма-лучи, частицы звездного и солнечного ветра и космические лучи. Они также подвергаются воздействию электронов с низкой энергией или LEE, создаваемых как вторичный продукт столкновения между радиацией и веществом. Авторы рассмотрели LEE для более тонкого понимания того, как могут образовываться сложные молекулы.
В своей работе, опубликованной в Журнале химической физики, авторы взяли многослойный лед, состоящий из двуокиси углерода, метана и аммиака, к LEE, а затем использовали тип масс-спектрометрии, называемой температурно-запрограммированной десорбцией (TPD), для характеристики молекул, созданных LEE.
В 2017 году, используя аналогичный метод, эти исследователи смогли создать этанол, несущественную молекулу, из двух компонентов: метана и кислорода. Но это простые молекулы, не такие сложные, как большие молекулы, которые являются жизненным материалом. Этот новый эксперимент дал молекулу, которая более сложна и необходима для земной жизни: глицин.
Глицин представляет собой аминокислоту, состоящую из водорода, углерода, азота и кислорода. Показано, что LEE могут преобразовывать простые молекулы в более сложные формы, иллюстрируя, как жизненные строительные блоки могли образоваться в пространстве, а затем прибывали на Землю из материала, доставляемого через кометы или метеориты.
В своем эксперименте для каждых 260 электронов была сформирована одна молекула глицина. Стремясь узнать, насколько реалистична такая скорость образования в космосе, а не только в лаборатории, исследователи провели экстраполяцию, чтобы определить вероятность того, что молекула углекислого газа столкнется как с молекулой метана, так и с молекулой аммиака, и сколько излучения они вместе могут встреча.
«Вы должны помнить — у Вселенной есть много времени, — сказал Уэллс. «Идея состояла в том, чтобы почувствовать вероятность: это реалистичная возможность, или это количество, настолько низкое что оно не имеет смысла? И мы находим, что это на самом деле вполне реалистично для скорости образования глицина или подобных биомолекул».
Больше информации: Sasan Esmaili et al. Glycine formation in CO2:CH4:NH3 ices induced by 0-70 eV electrons, The Journal of Chemical Physics (2018). DOI: 10.1063/1.5021596