Космические лучи, возможно, сыграли ключевую роль в происхождении жизни

Живые организмы представляют собой систему молекул, организованных с определенной направленностью. Хиральность — это геометрическое свойство объекта, которое нельзя наложить на его зеркальное отображение. Например, если отражение объекта в идеальном плоском зеркале отличается от самого объекта, то объекту присуща хиральность. Так, левая и правая руки являются зеркальными отражениями, но не могут быть совмещены друг с другом в пространстве.

Живое вещество, в отличие от неживого, обладает гомохиральностью (хиральной чистотой): все белки состоят из аминокислот с левой хиральностью, а входящий в молекулы ДНК и РНК остаток сахара рибозе во всех организмах имеет правую хиральность. Механизм эволюционного возникновения хиральной чистоты белков и нуклеиновых кислот пока неясен.

В статье, опубликованной в Astrophysical Journal Letters, дуэт исследователей предполагает, что взаимодействие между прото-жизненными формами и магнитно поляризованными космическими лучами может быть причиной этого структурного предпочтения в биологических молекулах.

Биологическая гомохиральность была открыта в 1848 году французским биологом, микробиологом и химиком Луи Пастером.

С тех пор ученые спорят, было ли это случайностью или вызвано каким-то неизвестным детерминированным влиянием.

Пастер предположил, что если жизнь асимметрична, то это может быть связано с асимметрией в фундаментальных взаимодействиях физики, которые существуют по всей вселенной.

«Мы предполагаем, что биологическая направленность, которую мы наблюдаем сейчас на Земле, обусловлена ​​эволюцией в условиях магнитно-поляризованного излучения, где крошечная разница в скорости мутаций могла способствовать эволюции жизни на основе ДНК, а не ее зеркальному отображению», — сказал доктор Ноем Глобус, исследователь в Центре космологии и физики частиц при Нью-Йоркском университете.

В своей статье Ноем Глобус и профессор Стэнфордского университета Роджер Блэндфорд утверждают, что космические лучи являются важной частью хиральной загадки жизни.

«Космические лучи являются распространенной формой высокоэнергетического излучения, которое исходит от различных источников во всей Вселенной, включая звезды и далекие галактики», — объяснили они.

«После попадания в атмосферу Земли космические лучи в конечном итоге распадаются на фундаментальные частицы. На уровне земли большинство космических лучей существует только как частицы, известные как мюоны».

«Мюоны — это нестабильные частицы, которые существуют всего 2 миллионные доли секунды и имеют магнитную поляризацию, то есть в среднем все мюоны имеют одинаковую магнитную ориентацию. Когда мюоны окончательно распадаются, они производят электроны с одинаковой магнитной поляризацией».

Ученые считают, что проникающая способность мюона позволяет ему и его дочерним электронам потенциально влиять на хиральные молекулы на Земле и повсюду во Вселенной.

Их гипотеза состоит в том, что в начале жизни на Земле это постоянное излучение по-разному влияло на эволюцию двух зеркальных форм жизни, помогая одной в конечном итоге превалировать над другой.

Эти крошечные различия в частоте мутаций были бы наиболее значительными, когда жизнь начиналась, а вовлеченные молекулы были очень простыми и более хрупкими.

В этих обстоятельствах небольшое, но постоянное влияние космических лучей могло бы на протяжении миллиардов поколений эволюции породить единственную биологическую силу, которую мы видим сегодня.

Исследователи предлагают эксперименты, которые могут помочь доказать или опровергнуть их гипотезу космических лучей. Например, они хотели бы проверить, как бактерии реагируют на излучение с различной магнитной поляризацией.

Ученые также с нетерпением ожидает органических образцов от комет, астероидов или Марса, чтобы увидеть, имеют ли они хиральный уклон.

«Эта идея связывает фундаментальную физику и происхождение жизни. Независимо от того, правильно это или нет, соединения этих очень разных областей является захватывающим, и успешный эксперимент должен быть интересным».

Noemie Globus & Roger D. Blandford. 2020. The Chiral Puzzle of Life. ApJL 895, L11; doi: 10.3847/2041-8213/ab8dc6