Астрономам давно известно, что в космосе много разных органических веществ. Однако насколько сложной и, главное, близкой к биологическим молекулам может быть «внеземная органика»? Авторы новой статьи в журнале Science Advances доказали, что пептиды — то есть полимеры аминокислот, близкие белкам, — можно успешно получить в условиях, которые характерны для холодных скоплений пыли в межзвездном пространстве.
Реакции, приводящие к образованию белков в космосе / © S. Krasnokutski, MPIA Graphics Department
Одна из самых увлекательных и в то же время сложных проблем современного естествознания — это абиогенез, то есть зарождение жизни на основе исходно неживых компонентов. За прошедшее столетие ученые предложили целый ряд гипотез, которые отчасти объясняют абиогенез, но все они имеют недостатки и носят характер чистых предположений.
Первый и, в общем, самый простой шаг на пути к абиогенезу — это появление молекул в основе живой клетки: ДНК, РНК и белков. Эксперименты, которые показали принципиальную возможность «самосборки» аминокислот — структурных единиц белков, — провели еще С. Миллер и Г. Юри в далеком 1953 году. Впрочем, сейчас понятно, что они использовали условия, которых не могло быть на древней Земле. К тому же эксперимент не объясняет образование более крупных полимеров из аминокислот — белков и похожих молекул поменьше, пептидов.
Авторы новой статьи в Science Advances предположили, что пептиды, то есть короткие цепочки из аминокислот, могут самопроизвольно возникать в условиях глубокого космоса — в межзвездном пространстве. Речь о пропускающих свет скоплениях пыли, в которых царит космический мороз (около минус 260 градусов Цельсия), существуют стабильные молекулы и в том числе вода в виде льда. Из этого материала формируются кометы и астероиды, среди которых первые содержат менее изменившиеся и близкие к своему исходному состоянию вещества.
Известно, что кометы и прочие космические тела регулярно сталкиваются с Землей и другими объектами Солнечной системы. Такие «коллизии» были особенно часты во времена поздней тяжелой бомбардировки 4,1—3,8 миллиарда лет назад. Не исключено, что именно в те времена падающие метеориты «удобрили» Землю разнообразной органикой, в том числе такими соединениями, которые не могли образоваться на самой планете. Согласно современным представлениям, вскоре после того на Земле появились первые живые клетки.
Пептиды и белки вызвали особый интерес авторов, поскольку без них сложно представить самые базовые функции клетки — ускорение химических реакций и копирование ее структур. Современные живые существа синтезируют такие молекулы внутри своих клеток, в особых органеллах — рибосомах, — которые используют РНК в качестве матрицы. Однако ничего из этого не могло быть на Земле исходно.
Парадокс можно разрешить, допустив, что первые пептиды с каталитическими свойствами прибыли из космоса в готовом виде. Поэтому ученые воспроизвели условия, соответствующие облакам газа в межзвездном пространстве, и провели в них химические реакции с участием атомарного углерода-13, угарного газа и аммиака. Реакцию начали при температуре около минус 263 градусов Цельсия и повышали вплоть до 27 градусов. Чтобы не перепутать продукты реакции с обычной органикой, использовали меченый углерод с атомной массой 13.
В результаты экспериментаторы получили целый ряд пептидов, состоящих из самой простой аминокислоты, — глицина. Не все они приобрели стандартные для биологических молекул карбоксильный и амино-концы, подавляющее большинство имели по краям сразу две аминогруппы.
Одновременное использование нескольких аналитических методик позволило точно понять механизм реакции. В ее основе, как и ожидалось, — образование и полимеризация аминокетенов (NH2CHCO).
Примечательно, что в случае если реакцию проводили в присутствие воды (на поверхности льда), то формирование пептидов замедлялось. Вода также повлияла на состав продуктов: пептидные цепи стали короче и чаще имели «нормальные» концы — по одному амино- и карбоксильному на каждую.
Авторы подчеркивают особую роль аммиака в качестве катализатора полимеризации аминокетенов. Выходит, для формирования «внеземных» пептидов он гораздо важнее, чем вода — необходимая среда всех биохимических реакций на Земле.
Комментарии
Благодаря бурному росту знаний за последнее время, пропасть между неживой материей и живыми организмами только увеличилась. Было установлено, что даже древнейшие известные нам одноклеточные организмы непостижимо сложны. «Проблема биологии — найти простое начало, — говорят астрономы Фред Хойл и Чандра Викремасингхе. — Найденные в породах ископаемые остатки древних форм жизни не обнаруживают простого начала... Следовательно, эволюционная теория лишена должного основания» . По мере накопления информации все труднее становится объяснить, как могли возникнуть случайно такие неимоверно сложные микроскопические формы жизни.
Vladimir, человек скидывает протухшие копипасты, не знает про успехи работ по РНК-миру за последние 20 лет
Юзернейм, Этот товарищ не только здесь скидывает протухшие копипасты, в том числе и за авторством откровенных научных фриков.
Юзернейм, Невозможно объяснить эволюционной теорией возникновение полного генетического кода, являющегося необходимым условием для размножения клетки. В связи с белками и ДНК в голову приходит старая загадка о том, кто появился первым — курица или яйцо. Хитчинг говорит: «Образование белков зависит от ДНК. Но ДНК не может образоваться без уже существующего белка» . Итак, остается парадокс, выдвинутый Дикерсоном: «Что возникло сначала», белок или ДНК? Он утверждает: «Ответ должен гласить: „Они развились параллельно“» . В сущности, он говорит, что «курица» и «яйцо» развились одновременно, не происходя друг от друга. Кажется ли вам это разумным? Один научный журналист оценивает это так: «Возникновение генетического кода представляет собой сложную проблему типа „курица или яйцо“, и она пока что остается совершенно неразрешенной».
Химик Дикерсон также сделал следующий интересный комментарий: «Эволюция генетического аппарата — это та ступень, для которой нет лабораторных моделей; поэтому рассуждать можно бесконечно, безо всяких ограничений неудобными фактами» . Но можно ли назвать научным подход, при котором запросто отмахиваются от лавины «неудобных фактов»? Лесли Оргел называет существование генетического кода «самым запутанным аспектом проблемы возникновения жизни» . А Фрэнсис Крик пришел к заключению: «Несмотря на то, что генетический код почти универсален, механизм, необходимый для его воплощения, слишком сложен, чтобы появиться в один момент».
Стараясь уклониться от неизбежного вывода, что невозможное осуществилось «в один момент», эволюционисты выступают за постепенный процесс, при котором шаг за шагом мог бы действовать естественный отбор. Однако без генетического кода, обеспечивающего размножение, не может быть никакого материала для естественного отбора.