Новые исследования показали, что аминокислоты, строительные блоки жизни, могли попасть на Землю на зёрнах межзвёздной пыли, потенциально способствуя зарождению биологии в том виде, в каком мы её знаем.
В недавнем исследовании, опубликованном в «Monthly Notices of the Royal Astronomical Society», Стивен Томпсон, главный научный сотрудник линии пучка Илли (И11), и Сара Дэй, научный сотрудник линии пучка И11, изучили, как аминокислоты, такие как глицин и аланин, могли пережить суровые условия космоса и добраться до Земли, заключённые в космической пыли.
Аминокислоты являются молекулярными основами белков и ферментов, которые управляют всеми биологическими процессами в живых организмах. Учёные давно спорят, образовались ли эти молекулы на Земле или прибыли из космоса. Новое исследование предлагает убедительные доказательства того, что космическая пыль могла сыграть решающую роль в их доставке.
Команда синтезировала крошечные частицы аморфного силиката магния, основного компонента космической пыли, и поместила на них аминокислоты — глицин, аланин, глутаминовую кислоту и аспарагиновую кислоту. Используя инфракрасную спектроскопию и синхротронную дифракцию рентгеновских лучей в порошкообразном состоянии, они изучили, как ведут себя эти молекулы, когда частицы силиката нагреваются, имитируя нагрев, который происходит, когда пылевые зёрна путешествуют по ранней Солнечной системе.
Они обнаружили, что только глицин и аланин успешно прикрепились к частицам силиката. Эти аминокислоты образовали кристаллические структуры, и в случае аланина оставались стабильными при температурах, значительно превышающих его температуру плавления. Исследование также показало, что две зеркальные формы аланина (L- и D-аланин) ведут себя по-разному при нагревании, причём L-аланин проявляет большую реактивность, чем его D-форма. Глицин, с другой стороны, отделялся от силиката при температурах ниже его точки разложения в чистом виде, что указывает на то, что он отделялся от поверхности зерна, а не разрушался.
Команда подготовила две партии аморфного силиката и подвергла одну из них термической обработке перед нанесением аминокислот. Это было сделано для удаления атомов водорода с поверхности силиката, в результате чего были получены два силиката с различными свойствами поверхности, которые также влияют на температуры, при которых аминокислоты теряются.
Эти тонкие различия могли иметь серьёзные последствия для типов молекул, которые положили начало жизни на Земле.
Хотя исследование было ограничено одним компонентом космической пыли, результаты могут указывать на существование возможного «астроминералогического механизма отбора», естественного процесса фильтрации, при котором ограниченный диапазон доступных поверхностей пылевых зёрен означает, что только определённые аминокислоты прикрепляются к ним.
Аминокислоты образуются в ледяных мантиях, покрывающих зёрна космической пыли, и такой механизм вступает в игру, когда ледяные мантии сублимируются в космос вместе с аминокислотами внутри них, когда пылевые зёрна пересекают так называемую «снеговую линию» и попадают в более тёплые внутренние области ранней Солнечной системы. Это, в свою очередь, могло повлиять на то, какие молекулы в конечном итоге были доставлены на Землю, формируя ранний органический запас планеты.
Исследование подтверждает идею о том, что аминокислоты, образовавшиеся во льдах межзвёздной среды, могли перейти на силикатные пылевые зёрна и просуществовать достаточно долго, чтобы быть доставленными на Землю. Это, вероятно, произошло между 4,4 и 3,4 миллиарда лет назад, в период, ограниченный формированием земной коры и океанов после окончания так называемой поздней тяжёлой бомбардировки и появления в геологической летописи первых микроокаменелостей.
Антарктические микрометеориты и образцы из комет, таких как Wild 2 и 67P/Churyumov–Gerasimenko, показали высокие концентрации органического материала, включая аминокислоты. Кроме того, хотя столкновения с кометами и астероидами, которые также содержат аминокислоты, всё ещё происходили в то время, приток микрометеоритов, как полагают, был настолько высоким, что, вероятно, был доминирующим источником органического углерода на ранней Земле.
Считается, что этот «дождь» из космической пыли, богатой предшественниками жизни, потенциально компенсировал ограниченное количество аминокислот, произведённых в результате земного синтеза, что позволило жизни на Земле зародиться.
Исследование команды добавляет жизненно важный фрагмент к разгадке происхождения жизни. Оно показывает, что зёрна межзвёздной пыли — это не просто носители молекул, они могут активно влиять на то, какие органические вещества выживают и достигают таких планет, как Земля. Понимая эти процессы, учёные могут лучше понять, как могла бы возникнуть жизнь в других местах Вселенной.
Исследование также подчёркивает важность междисциплинарной науки, сочетающей астрономию, химию и геологию с передовыми экспериментальными методами, доступными в крупных исследовательских центрах, таких как Diamond, для изучения одного из старейших вопросов человечества о происхождении жизни.