Двадцатого января в журнале Nature Astronomy было опубликовано важное исследование, раскрывающее новые механизмы химической эволюции во Вселенной. Группа ученых обнаружила, что сложные предшественники биологических молекул, в частности дипептиды, способны спонтанно формироваться в суровых условиях межзвездного пространства под воздействием ионизирующего излучения. Это открытие обосновывает гипотезу о том, что сложные строительные блоки жизни могли возникнуть на космической пыли и впоследствии быть доставлены на Землю и потенциально на другие планеты посредством метеоритов.
Ведущим автором исследования выступил Альфред Хопкинсон, постдокторант, работающий под руководством астрофизика Серджио Иопполо. Научная работа проводилась на базе Департамента физики и астрономии Орхусского университета в Дании. Ключевым партнером в проведении экспериментов стал циклотронный комплекс HUN-REN Atomki, расположенный в Венгрии, где ученые смогли смоделировать необходимые физические условия.
Современная наука предполагает, что ранняя жизнь эволюционировала из так называемого «коктейля жизни», состоящего из пребиотических молекул, таких как аминокислоты, простейшие сахара и РНК. Однако механизм формирования этих стартовых соединений долгое время оставался загадкой. Существует теория, что молекулы зародились в открытом космосе и попали на раннюю Землю при ударах метеоритов. В качестве доказательства ученые приводят глицин — простейшую аминокислоту, которую обнаруживают в кометах и метеоритах уже на протяжении 50 лет. Недавно образцы пыли с астероида Бенну, собранные в ходе миссии NASA OSIRIS-REx, также подтвердили наличие подобных соединений.
Несмотря на наличие простых аминокислот, в инопланетных телах до сих пор не удавалось идентифицировать сложные дипептидные звенья — структуры из двух аминокислот, соединенных с выделением воды. Теоретическая модель предполагала, что интенсивно ионизирующие условия межзвездного пространства могут способствовать образованию этих более крупных молекул. Чтобы проверить это предположение, исследователи поставили цель воссоздать условия межзвездного пространства в лаборатории и определить предел молекулярной сложности, возможной в такой среде.
Для эксперимента использовалась сверхвысоковакуумная камера Ice Chamber for Astrophysics–Astrochemistry (ICA) и оборудование циклотронного комплекса HUN-REN Atomki. Процесс включал использование ледяных кристаллов, покрытых глицином, которые подвергались бомбардировке высокоэнергетическими протонами. Для отслеживания молекулярных взаимодействий и сигналов ученые применяли дейтериевые метки (более тяжелые атомы водорода).
Экспериментальная среда имитировала экстремальные космические условия: температура поддерживалась на уровне 20 Кельвинов (минус 253,15 градуса Цельсия или минус 423,67 градуса Фаренгейта), а давление составляло 10 в минус 9 степени миллибар. Анализ полученных результатов проводился с помощью инфракрасной спектроскопии для идентификации типов связей и масс-спектрометрии для определения молекулярной массы образовавшихся веществ.
Результаты подтвердили, что молекулы глицина вступают в реакцию под воздействием радиации, образуя пептидные связи. Главным достижением стало подтвержденное получение глицилглицина — дипептида, что доказывает возможность спонтанного формирования сложных соединений с пептидными связями в космосе. Кроме того, был предварительно идентифицирован N-формилглицинамид. Это соединение является субъединицей фермента, участвующего в производстве строительных блоков ДНК, и играет ключевую роль в химии происхождения жизни.
Полученные данные имеют фундаментальное значение для понимания происхождения жизни. Если дипептиды могут доставляться на поверхности планет, это обеспечивает более благоприятную стартовую точку для зарождения жизни, чем наличие одних лишь простых аминокислот. Результаты исследования могут скорректировать теории, такие как гипотеза «мира РНК», и помочь ученым более точно направить поиски внеземной жизни. Следующим этапом работы станет изучение того, работает ли этот процесс для других белковообразующих аминокислот в межзвездной среде для создания разнообразных и сложных пептидов.
Изображение носит иллюстративный характер
Ведущим автором исследования выступил Альфред Хопкинсон, постдокторант, работающий под руководством астрофизика Серджио Иопполо. Научная работа проводилась на базе Департамента физики и астрономии Орхусского университета в Дании. Ключевым партнером в проведении экспериментов стал циклотронный комплекс HUN-REN Atomki, расположенный в Венгрии, где ученые смогли смоделировать необходимые физические условия.
Современная наука предполагает, что ранняя жизнь эволюционировала из так называемого «коктейля жизни», состоящего из пребиотических молекул, таких как аминокислоты, простейшие сахара и РНК. Однако механизм формирования этих стартовых соединений долгое время оставался загадкой. Существует теория, что молекулы зародились в открытом космосе и попали на раннюю Землю при ударах метеоритов. В качестве доказательства ученые приводят глицин — простейшую аминокислоту, которую обнаруживают в кометах и метеоритах уже на протяжении 50 лет. Недавно образцы пыли с астероида Бенну, собранные в ходе миссии NASA OSIRIS-REx, также подтвердили наличие подобных соединений.
Несмотря на наличие простых аминокислот, в инопланетных телах до сих пор не удавалось идентифицировать сложные дипептидные звенья — структуры из двух аминокислот, соединенных с выделением воды. Теоретическая модель предполагала, что интенсивно ионизирующие условия межзвездного пространства могут способствовать образованию этих более крупных молекул. Чтобы проверить это предположение, исследователи поставили цель воссоздать условия межзвездного пространства в лаборатории и определить предел молекулярной сложности, возможной в такой среде.
Для эксперимента использовалась сверхвысоковакуумная камера Ice Chamber for Astrophysics–Astrochemistry (ICA) и оборудование циклотронного комплекса HUN-REN Atomki. Процесс включал использование ледяных кристаллов, покрытых глицином, которые подвергались бомбардировке высокоэнергетическими протонами. Для отслеживания молекулярных взаимодействий и сигналов ученые применяли дейтериевые метки (более тяжелые атомы водорода).
Экспериментальная среда имитировала экстремальные космические условия: температура поддерживалась на уровне 20 Кельвинов (минус 253,15 градуса Цельсия или минус 423,67 градуса Фаренгейта), а давление составляло 10 в минус 9 степени миллибар. Анализ полученных результатов проводился с помощью инфракрасной спектроскопии для идентификации типов связей и масс-спектрометрии для определения молекулярной массы образовавшихся веществ.
Результаты подтвердили, что молекулы глицина вступают в реакцию под воздействием радиации, образуя пептидные связи. Главным достижением стало подтвержденное получение глицилглицина — дипептида, что доказывает возможность спонтанного формирования сложных соединений с пептидными связями в космосе. Кроме того, был предварительно идентифицирован N-формилглицинамид. Это соединение является субъединицей фермента, участвующего в производстве строительных блоков ДНК, и играет ключевую роль в химии происхождения жизни.
Полученные данные имеют фундаментальное значение для понимания происхождения жизни. Если дипептиды могут доставляться на поверхности планет, это обеспечивает более благоприятную стартовую точку для зарождения жизни, чем наличие одних лишь простых аминокислот. Результаты исследования могут скорректировать теории, такие как гипотеза «мира РНК», и помочь ученым более точно направить поиски внеземной жизни. Следующим этапом работы станет изучение того, работает ли этот процесс для других белковообразующих аминокислот в межзвездной среде для создания разнообразных и сложных пептидов.
