Ученые воссоздали химию глубокого космоса, связанную с первыми метаболическими системами на Земле

Новое исследование, проведенное астрохимиками из Гавайского университета, углубляет наше понимание того, как ключевые пребиотические молекулы, необходимые для жизни, могли образоваться в условиях холодного межзвездного пространства. Работа фокусируется на молекулах, участвующих в цикле лимонной кислоты (цикле Кребса) — фундаментальном метаболическом пути, используемом большинством живых организмов для генерации энергии.

Ученые экспериментально смоделировали условия межзвездных газопылевых облаков, где температура близка к абсолютному нулю, а вещество подвергается воздействию ионизирующего излучения. В результате им удалось синтезировать полный набор карбоновых кислот, включая моно-, ди- и трикарбоновые, что подтверждает возможность их абиотического происхождения в космической среде.

Важность этого открытия заключается в том, что оно связывает астрохимические процессы с биохимической эволюцией на Земле и других планетах. Ранее считалось, что сложные органические молекулы, такие как компоненты цикла Кребса, формируются только в теплых, богатых энергией условиях, например, в гидротермальных источниках или вулканических регионах. Однако новые данные показывают, что они могут возникать и в экстремально холодном вакууме космоса под действием космических лучей. Это открытие подкрепляется анализом образцов с астероида Рюгу, доставленных миссией Hayabusa 2, где были обнаружены аналогичные карбоновые кислоты.

Механизм формирования этих молекул в межзвездных облаках включает несколько этапов. Ледяные частицы, покрытые простыми соединениями (такими как вода, метанол, углекислый газ и метан), подвергаются воздействию галактических космических лучей, что приводит к их радиационно-индуцированной трансформации. Последующее нагревание, имитирующее образование протозвёзд, способствует образованию более сложных органических структур. Этот процесс может длиться миллионы лет, но в масштабах космоса такое время вполне допустимо.

Теоретически, эти молекулы могли быть доставлены на раннюю Землю кометами или астероидами, став основой для первых метаболических систем. Это согласуется с гипотезой о том, что ключевые биохимические соединения имеют внеземное происхождение. Более того, обнаружение подобных молекул в межзвездных льдах с помощью телескопа JWST подтверждает их широкую распространенность во Вселенной.

Исследование также имеет важные философские и астробиологические последствия. Оно предполагает, что базовые химические компоненты жизни могут быть универсальными и возникать в различных космических условиях. Это расширяет потенциальные места для поиска жизни за пределы Земли, включая экзопланеты и спутники с подповерхностными океанами.

Таким образом, работа гавайских ученых не только углубляет понимание абиогенеза, но и подчеркивает взаимосвязь астрофизики, химии и биологии. Она демонстрирует, что сложная органическая химия может зарождаться в самых негостеприимных уголках Вселенной, создавая предпосылки для возникновения жизни там, где существуют подходящие условия.