В популярной культуре астероиды играют роль апокалиптической угрозы, их обвиняют в уничтожении динозавров и предлагают внеземной источник для добычи полезных ископаемых.
Но для исследователя Николаса Хада астероиды играют совершенно другую роль: роль капсул времени, показывающих, какие молекулы изначально существовали в нашей Солнечной системе. Наличие этой информации дает ученым отправную точку, необходимую им для реконструкции сложного пути, по которому зародилась жизнь на Земле.
Директор Центра химической эволюции NSF-NASA в Технологическом институте Джорджии Хад говорит, что обнаружение молекул в астероидах является убедительным доказательством того, что такие соединения присутствовали на Земле до образования жизни. Знание того, какие молекулы присутствовали, помогает установить начальные условия, которые привели к образованию аминокислот и родственных соединений, которые, в свою очередь, объединились, чтобы сформировать пептиды, небольшие белковоподобные молекулы, которые, возможно, положили начало жизни на этой планете.
«Мы можем посмотреть на астероиды, чтобы понять, какая химия возможна во Вселенной», - сказал Хад. «Для нас важно изучить материалы астероидов и метеоритов, меньших версий астероидов, упавших на Землю, чтобы проверить достоверность наших моделей того, как молекулы в них могли способствовать возникновению жизни. Нам также необходимо каталогизировать молекулы. из астероидов и метеоритов, потому что там могут быть соединения, которые мы даже не считали важными для зарождения жизни."
Хад примет участие в брифинге для прессы «Астероиды для исследований, открытий и торговли» 17 февраля на ежегодном собрании Американской ассоциации содействия развитию науки (AAAS) 2018 года в Остине, штат Техас.
Ученые НАСА десятилетиями анализировали соединения, обнаруженные в астероидах и метеоритах, и их работа дает четкое представление о том, что могло присутствовать, когда формировалась сама Земля, говорит Хад.
«Если вы моделируете пребиотическую химическую реакцию в лаборатории, ученые могут спорить о том, были ли у вас правильные исходные материалы», - сказал Хад. «Обнаружение молекулы в астероиде или метеорите - единственное доказательство того, что эта молекула является пребиотиком, которую все примут. Это то, на что мы действительно можем положиться».
Эксперимент Миллера-Ури, проведенный в 1952 году для имитации условий, которые, как считается, существовали на ранней Земле, позволил получить более 20 различных аминокислот, органических соединений, которые являются строительными блоками для пептидов. Эксперимент начался с искр внутри колбы с водой, метаном, аммиаком и водородом - всеми материалами, которые, как считается, существовали в атмосфере, когда Земля была очень молода.
После эксперимента Миллера-Юри ученые продемонстрировали возможность других химических путей получения аминокислот и соединений, необходимых для жизни. Например, в лаборатории Хада исследователи использовали циклы чередования влажных и сухих условий для создания сложных органических молекул с течением времени. В таких условиях аминокислоты и гидроксикислоты, соединения, которые химически отличаются всего одним атомом, могли образовать короткие пептиды, которые привели к образованию более крупных и сложных молекул, в конечном итоге проявляющих свойства, которые мы теперь связываем с биологическими молекулами.
«Теперь у нас есть действительно хороший способ синтезировать пептиды с аминокислотами и гидроксикислотами, работающими вместе, которые могли быть распространены на ранней Земле», - сказал он. «Даже сегодня гидроксикислоты обнаруживаются вместе с аминокислотами в живых организмах, а также в некоторых исследованных образцах метеоритов».
Хад считает, что молекулы жизни могли образоваться множеством способов. Жизнь могла начаться с молекул, которые менее сложны и менее эффективны, чем то, что мы видим сегодня. Как и сама жизнь, эти молекулы могли эволюционировать с течением времени.
«Мы обнаружили, что эти соединения могут образовывать молекулы, очень похожие на современные пептиды, за исключением основной цепи, которая удерживает единицы вместе», - сказал Хад. «Общая структура может быть очень похожей, и ее будет легче создать, хотя она не способна складываться в такие сложные структуры, как современные белки. Существует компромисс между простотой формирования этих молекул и тем, насколько они близки. к тем, которые встречаются в современной жизни».
Геологи считают, что миллиарды лет назад Земля была совсем другой. Вместо континентов были острова, выступающие из океанов. Даже солнце было другим, излучая меньше света, но больше космических лучей, что могло бы способствовать протеканию химических реакций, образующих белок.
«Острова могли быть потенциальными инкубаторами для жизни, где молекулы сыпались дождем из атмосферы», - сказал Хад. «Мы думаем, что ключевой процесс, который позволил бы этим молекулам перейти на следующую стадию, - это влажно-сухое циклирование, подобное тому, что мы делаем в лаборатории. Это было бы идеально для острова в океане."
Вместо одной искры жизни молекулы могли эволюционировать медленно с течением времени в постепенном прогрессе, который мог происходить с разной скоростью в разных местах, возможно, одновременно. Различные компоненты клеток, например, могли развиться отдельно там, где им благоприятствовали условия, прежде чем они в конечном итоге объединились.
«Есть что-то особенное в пептидах, нуклеиновых кислотах, полисахаридах и липидах и в их способности работать вместе, чтобы делать то, что они не могли бы сделать по отдельности», - сказал он. «И на ранней Земле могло произойти любое количество химических процессов, которые никогда не приводили к жизни».
Знание того, какими были условия на ранней Земле, таким образом, дает ученым более прочную основу для выдвижения гипотез о том, что могло произойти, и может предложить намеки на другие пути, которые, возможно, еще не рассматривались.
«Вероятно, в астероидах есть гораздо больше подсказок о том, какие молекулы действительно были там», - сказал Хад. «Возможно, мы даже не знаем, что нам следует искать в этих астероидах, но, глядя на молекулы, которые мы находим, мы можем задать другие и другие вопросы о том, как они могли помочь начать жизнь».