Что общего у вас, йогурта и ДНК? Молочная кислота. А что общего у неё с космосом? Оказывается, всё. Самарские учёные выяснили: ключевые ингредиенты жизни могли прийти из космоса. И да, это не гипотеза, а эксперимент, который воссоздал условия глубокого космоса.
Жизнь — штука загадочная. Вот всего-то 4,5 миллиарда лет назад на Земле не было ни котиков, ни динозавров, ни даже бактерий. Просто скалы, вулканы и пар. А потом вдруг появились молекулы, которые научились копировать себя, строить клетки и эволюционировать в тех, кто сейчас читает этот текст.
Как так вышло? Как из «ничего» получилось «всё»?
Bizarro
И кажется, самарские исследователи с коллегами из Гавайев нашли ответ (ну или вновь попытались ). Если кратко, то жизнь могла стартануть не в тёплом океане, а в межзвёздных льдах, а потом приехать к нам на метеорите.
Имитация космоса
Чтобы разобраться, как могли возникнуть такие процессы, в Самарском университете имени Королёва разработали установку, где можно воссоздать условия глубокого космоса (работает она там с начала 2024 года).
Учёные взяли смесь этилового спирта и угарного газа (не пытайтесь повторить дома!), заморозили её до -268°C и облучили потоком высокоэнергетических электронов (они стали аналогом галактических космических лучей), которые запустили реакцию. И конечно, всё это должно происходить в вакууме.
Вот такая вот установка
Самарский университет им. Королёва
Ледяная плёнка толщиной в несколько сотен нанометров (тоньше человеческого волоса в 500 раз) — это модель тех самых льдинок, которые образуются, как плащ, на поверхности космической пыли. Такие «снежинки» миллионы лет путешествуют по Млечному Пути, но у нас ведь нет столько времени…
Поэтому благодаря точному расчёту дозы облучения удалось «ускорить» процесс: за 10 часов в лаборатории произошло то, что в космосе занимает миллион лет. То есть получилось буквально заглянуть в эволюцию органики, которая могла бы быть в бескрайних просторах космоса.
Космическая пыль выглядит по-разному. А ещё ежегодно на Землю её выпадает ни много ни мало — 5000 тонн
J. Rojas, J. Duprat, et al.
Ну а чтобы узнать, что же в результате получилось, учёные использовали метод масс-спектрометрии. Так можно определить состав и строение молекул при помощи точного определения их массы.
studfile.net
Для этого молекулы ионизируют вакуумным ультрафиолетовым излучением с длиной волны 120 нм, затем всё это разгоняют в электрическом поле и определяют массу по времени, которое требуется иону, чтобы достичь детектора. Всё просто.
На границе миров
Главная идея этого эксперимента — доказать, что даже в условиях абсолютного нуля (ну почти) возможно образование важного органического соединения из неорганических. Вот в результате и получился лактальдегид — ключевой ингредиент для молочной кислоты, сахаров и аминокислот и других ключевых молекул.
То есть для всего, из чего состоит жизнь.
В ходе экспериментов нам удалось впервые синтезировать молекулы лактальдегида в условиях, которые полностью имитируют глубокий космос и межзвездные льды. Лактальдегид, как предшественник молочной кислоты, является важным промежуточным продуктом в биохимических процессах. Он участвует в образовании сахаров, сахарных кислот и аминокислот, которые могут играть ключевую роль в зарождении жизни.
Иван Антонов
доцент кафедры физики Самарского университета
Впервые в мире эксперимент показал, что замороженная смесь, подвергнутая облучению, способна не просто сохранять свой химический состав, а активно трансформироваться. При этом возникают новые соединения.
Всё это напоминает ускоренную версию естественной эволюции химии, которая порисходит в космических льдах, где каждая молекула может дать старт к формированию более сложных систем.
pikabu.ru
Космическая доставка
Образование таких молекул — это не просто лабораторный эксперимент, а потенциально реальный процесс, который протекает в космосе. Мелкие частицы звёздной пыли с тонким слоем льда путешествуют сквозь галактику и становятся переносчиками органических веществ.
И вот этот самый лактальдегид и его изомеры (похожие формы) могут включаться в состав планетезималей. Это такие небесные тела вокруг протозвезды, промежуточный этап между пылинкой и планетой.
Работает это так: вокруг молодой звезды кружит огромное облако пыли, льда и каменных обломков. Со временем эти частички начинают слипаться, как мокрый снег во время лепки снеговика. Сначала получаются маленькие комочки размером с валун, потом — с гору, а затем и целые «заготовки» будущих планет. Вот эти «заготовки» и есть планетезимали.
A, B — молекулярное облако распадается и формируется протопланетный диск; C — протопланетный диск уплотняется и разделяется на отдельные кольца, где вещество более плотное; D — рождение планетезималей; E — планетезимали сталкиваются, слипаются и образуют планеты
physics.rutgers.edu
А еще именно планетезимали, по версии учёных, могли привезти на молодую Землю жизнь вместе с метеоритами.
Были обнаружены лактальдегид и его изомеры. Можно сделать вывод, что после образования в межзвездных льдах они могли и могут включаться в состав планетезималей и доставляться с помощью метеоритов на различные молодые планеты, такие как ранняя Земля. Это позволяет объяснить появление на нашей планете пребиотических молекул, предшественников сложных биомолекул.
Ральф Кайзер
профессор Гавайского университета в Маноа
А дальше — дело времени и химии: молекулы соединялись, усложнялись и в итоге породили первую жизнь.
Сотрудничество
Стоить отметить, что эксперимент был международным. Учёные из Самарского университета и Гавайского университета в Маноа работали вместе над проверкой гипотезы, которая долго оставалась в сфере предположений.
Вместе они смогли воспроизвести условия космоса и доказать, что даже при экстремальном охлаждении происходят химические реакции, способные создавать важные органические соединения.
Самарский университет им. Королёва Самарский университет им. Королёва Самарский университет им. Королёва Самарский университет им. Королёва
Эксперимент получил поддержку в рамках мегагранта правительства РФ «Происхождение и эволюция органических молекул в нашей Галактике». Запущенная установка мирового уровня в Самаре стала настоящей лабораторией для изучения космических процессов. Может быть, она ещё даст нам новые данные для понимания того, как могли зародиться основы жизни.
И да, все данные опубликованы в журнале Physical Chemistry Chemical Physics.
Мы все немножко инопланетяне… Но где же все?
Итак, что мы имеем? Жизнь на Земле могла начаться не в теплом океане, а в ледяной пустоши Млечного Пути. Но тут возникает вопрос: если всё так просто, почему мы до сих пор не нашли братьев по разуму?
Где все?
DC Comics
Где все эти инопланетные цивилизации, или хотя бы следы бактерий?
Откуда мы произошли? Русский след в истории жизни на Земле
Да, лактальдегид — это круто. Но между ним и первой живой клеткой — пропасть. Если у вас есть куча деталей Lego, то это не значит, что они сами соберутся в «Звездный разрушитель». Нужны инструкция, энергия и куча времени.
Так и с жизнью: даже если метеориты завезли на Землю все необходимые молекулы, как они собрались в ДНК, белки и клетки? У науки пока нет ответа.
В будущем мы продолжим исследовать процессы образования сложных молекул из простых в условиях космического пространства, чтобы построить модель химической эволюции Вселенной. Мы хотели бы дать ответ на ключевые вопросы: могли ли необходимые для развития жизни вещества синтезироваться в космических условиях? Какие механизмы ведут к образованию этих веществ? В конечном итоге насколько уникально существование разумной жизни во Вселенной?
Иван Антонов
И учёные в эксперименте не просто воссоздали условия космоса — они их упростили. Они взяли конкретные вещества (спирт + угарный газ), выбрали идеальную дозу облучения и температуру.
А в реальном космосе всё хаотично: льды содержат десятки соединений, облучение неравномерное, да и метеориты чаще всего просто сгорают в атмосфере.
Это как научиться печь хлеб в идеальной печи, а потом пытаться сделать то же самое в лесу во время урагана.
Ну и ещё остаётся парадокс Ферми. Если жизнь могла зародиться так легко, почему мы не видим её следов? Возможно, мы одни во Вселенной. Или инопланетяне прячутся. Или жизнь — это невероятно редкая лотерея, где Земле просто повезло. А может, разумные существа самоуничтожаются, как только изобретают соцсети (шутка, но…).
Gudim
Но что в сухом остатке? В любом случае, это открытие — важный кусочек пазла в картине происхождения жизни. Но кусочек пазла — не вся картина. Мы всё ещё много не знаем: как молекулы стали самовоспроизводиться? Почему жизнь выбрала углерод, а не кремний? И главное: повторится ли это где-то ещё?
Так что да, мы все можем быть потомками межзвёздных молекул. Но пока это не отменяет того, что жизнь — либо чудо, либо… обыденность, которую мы просто не умеем искать.
joyreactor.cc
Пока мы лишь нашли несколько букв из космического алфавита. Но чтобы сложить из них слово «жизнь», нужны ещё тысячи экспериментов.
Как знать, может, через пару лет естественный (или искусственный) интеллект найдёт в данных телескопа что-то такое, что заставит нас переписать все учебники?