Важные для жизни молекулы могут образовываться в космосе

Происхождение жизни на Земле до сих пор остается загадкой, но мы постепенно разгадываем все необходимые шаги и необходимые ингредиенты. Ученые полагают, что жизнь зародилась в первичном супе органических химикатов и биомолекул на ранней Земле, что в конечном итоге привело к появлению настоящих организмов.

Уже давно подозревали, что некоторые из этих ингредиентов могли быть доставлены из космоса. Теперь новое исследование, опубликованное в журнале Science Advances, показывает, что особая группа молекул, известная как пептиды, может легче образовываться в условиях космоса, чем те, что обнаружены на Земле. Это означает, что они могли быть доставлены на раннюю Землю метеоритами или кометами, и что жизнь могла сформироваться и где-то еще.

Жизненные функции в наших клетках (и клетках всех живых существ) поддерживаются большими и сложными углеродными (органическими) молекулами, называемыми белками. Способ, как создать большое количество белков, необходимых нам для выживания, закодирован в нашей ДНК, которая сама по себе является большой и сложной органической молекулой.

Однако эти сложные молекулы собираются из множества маленьких и простых молекул, таких как аминокислоты — так называемых строительных блоков жизни.

Чтобы объяснить происхождение жизни, нам необходимо понять, как и где формируются эти строительные блоки и при каких условиях они самопроизвольно собираются в более сложные структуры. Наконец, нам нужно понять, какой шаг позволит им стать ограниченной, самовоспроизводящейся системой — живым организмом.

Это последнее исследование проливает свет на то, как некоторые из этих строительных блоков могли сформироваться и собраться, и как они оказались на Земле.

Шаги к жизни

ДНК состоит примерно из 20 различных аминокислот. Подобно буквам алфавита, они располагаются в структуре двойной спирали ДНК в различных комбинациях для шифрования нашего генетического кода.

Пептиды также представляют собой совокупность аминокислот в цепочечной структуре. Пептиды могут состоять всего из двух аминокислот, но также могут состоять из сотен аминокислот.

Сборка аминокислот в пептиды является важным шагом, поскольку пептиды выполняют такие функции, как «катализатор» или усиление реакций, которые важны для поддержания жизни. Они также являются молекулами-кандидатами, которые в дальнейшем можно было бы собрать в ранние версии мембран, удерживая функциональные молекулы в клеточноподобных структурах.

Однако, несмотря на их потенциально важную роль в возникновении жизни, пептидам было не так просто спонтанно образоваться в условиях окружающей среды на ранней Земле. Фактически, ученые, стоящие за нынешним исследованием, ранее показали, что холодные условия космоса на самом деле более благоприятны для образования пептидов.

При очень низкой плотности облаков молекул и пылевых частиц в части пространства, называемой межзвездной средой (см. выше), одиночные атомы углерода могут прилипать к поверхности пылинок вместе с молекулами угарного газа и аммиака. Затем они реагируют с образованием молекул, подобных аминокислотам. Когда такое облако становится плотнее и частицы пыли также начинают слипаться, эти молекулы могут собираться в пептиды.

В новом исследовании ученые изучают плотную среду пылевых дисков, из которой в конечном итоге возникает новая солнечная система со звездой и планетами. Такие диски образуются, когда облака внезапно разрушаются под действием силы тяжести. В этой среде гораздо более распространены молекулы воды, образующие лед на поверхности любых растущих агломератов частиц, которые могут ингибировать реакции, образующие пептиды.

Имитируя реакции, которые могут происходить в межзвездной среде в лаборатории, исследование показывает, что, хотя образование пептидов немного уменьшается, оно не предотвращается. Вместо этого, когда камни и пыль объединяются, образуя более крупные тела, такие как астероиды и кометы, эти тела нагреваются и позволяют формироваться жидкостям. Это ускоряет образование пептидов в этих жидкостях, и происходит естественный отбор дальнейших реакций, приводящих к образованию еще более сложных органических молекул. Эти процессы могли произойти во время формирования Солнечной системы.

Многие строительные блоки жизни, такие как аминокислоты, липиды и сахара, могут образовываться в космической среде. Многие из них были обнаружены в метеоритах.

Поскольку образование пептидов в космосе происходит более эффективно, чем на Земле, и поскольку они могут накапливаться в кометах, их воздействие в раннюю эпоху на Земле могло привести к значительным изменениям, которые ускорили шаги на пути к зарождению жизни на Земле.

Так что же все это значит для наших шансов найти инопланетную жизнь? Что ж, строительные блоки жизни доступны по всей Вселенной. Насколько специфическими должны быть условия, чтобы они могли самоорганизоваться в живые организмы, остается открытым вопросом. Как только мы это узнаем, у нас будет хорошее представление о том, насколько широко распространена жизнь.