Рецепты происхождения жизни могут указать путь к обитаемым мирам во Вселенной
Жизнь на далекой планете – если она там существует – может быть совсем не похожа на жизнь на Земле. Но во селенной не так много химических ингредиентов, и не так уж много способов их смешать. Команда исследователей под руководством ученых из Университета Висконсин-Мэдисон воспользовалась этими ограничениями, чтобы написать «кулинарную книгу», содержащую сотни химических рецептов, потенциально способных дать начало жизни.
Их список ингредиентов мог бы сосредоточить поиски жизни в других частях Вселенной, указав наиболее вероятные условия — планетарные версии методов смешивания, температуру духовки и время выпечки — для того, чтобы рецепты соединились.
По словам исследователей, процесс перехода от основных химических ингредиентов к сложным циклам клеточного метаболизма и размножения, определяющим жизнь, требует не только простого начала, но и повторения.
« Происхождение жизни на самом деле представляет собой процесс «нечто из ничего», — говорит Бетюль Качар, астробиолог и профессор бактериологии Университета Вашингтона в Мэдисоне. «Но это нечто не может случиться только один раз. Жизнь сводится к химии и условиям, которые могут генерировать самовоспроизводящуюся модель реакций».
Химические реакции, в результате которых образуются молекулы, которые способствуют повторению одной и той же реакции снова и снова, называются автокаталитическими реакциями. В новом исследовании ученые собрали 270 комбинаций молекул, включающих атомы всех групп и серий периодической таблицы, с потенциалом устойчивого автокатализ.
«Считалось, что такого рода реакции встречаются очень редко», — говорит Бетюль Качар. «Мы показываем, что это на самом деле далеко не редкость. Просто нужно искать в правильном месте».
Исследователи сосредоточили свой поиск на так называемых реакциях сопропорционирования. В этих реакциях два соединения, включающие один и тот же элемент с разным числом электронов или реактивных состояний, объединяются, образуя новое соединение, в котором элемент находится в середине начальных реакционных состояний.
Чтобы быть автокаталитическим, результат реакции также должен предоставить исходные материалы для повторного возникновения реакции, чтобы результат стал новым входом. Реакции сопропорционирования приводят к образованию множества копий некоторых участвующих молекул, обеспечивая материалы для следующих этапов автокатализа.
«Если эти условия подходят, вы можете начать с относительно небольшого количества таких результатов», — говорят ученые. «Каждый раз, когда вы делаете оборот цикла, вы создаете как минимум один дополнительный результат, который ускоряет реакцию и делает ее еще быстрее».
Автокатализ подобен растущей популяции кроликов. Пары кроликов собираются вместе, производят потомство новых кроликов, а затем новые кролики вырастают, образуют пары и производят еще больше кроликов. Не нужно много кроликов, чтобы вскоре иметь очень много кроликов.
Однако поиск во Вселенной кроликов, вероятно, не является выигрышной стратегией. Вместо этого Бетюль Качар надеется, что химики возьмут идеи из списка рецептов нового исследования и проверят их на «кастрюлях и сковородках», имитирующих инопланетную кухню.
«Мы никогда точно не узнаем, что именно произошло на планете, чтобы зародилась жизнь. У нас нет машины времени», — говорит Качар. «Но в пробирке мы можем создать несколько планетарных условий, чтобы понять, как вообще может развиваться динамика поддержания жизни».
«Карл Саган сказал, что если вы хотите приготовить яблочный пирог с нуля, сначала вы должны создать Вселенную, — говорит Бетюль Качар. «Я думаю, если мы хотим понять Вселенную, сначала нам нужно испечь несколько пирогов».
Исследование было опубликовано в Journal of the American Chemical Society.