Хиральность жизни на Земле объяснили потоками космических частиц

Молекулы аминокислот и сахаров могут складываться в две зеркально симметричные структуры — похожие друг на друга, как наши левая и правая рука. Никакой разницы в химических свойствах между ними нет, и если синтезировать их искусственно, мы получим смесь тех и других изомеров. Однако все живые организмы на Земле используют лишь одну из этих форм — только L-аминокислоты и только D-сахара; исключения из этого существуют, но они единичны.

Впервые это фундаментальное свойство жизни обнаружил еще Луи Пастер, и с тех пор оно остается одной из главных загадок биологии. Различить L- и D-молекулы можно по их взаимодействию со светом. При прохождении сквозь раствор чистого изомера плоскость поляризованного света вращается по часовой стрелке или против нее. Поэтому предполагается, что не химические, а именно физические свойства оптических изомеров привели к тому, что одни из них доминируют в биосфере.

Следующий шаг к объяснению загадки сделали Ноэми Глобус (Noemie Globus) и Роджер Блэндфорд (Roger Blandford) из Стэнфордского университета, статья которых опубликована в The Astrophysical Journal Letters. По мнению ученых, хиральность возникла еще на первых этапах зарождения жизни, во время химической эволюции молекул-предшественников, которая происходила в условиях постоянной бомбардировки космическими лучами.

Такие высокоэнергетические частицы прилетают к нам и от Солнца, и от более далеких источников. К счастью, поверхности Земли они почти не достигают, сталкиваясь с молекулами еще в атмосфере и порождая потоки вторичных частиц, таких как мюоны. Мюоны также существуют лишь непродолжительное время, однако, с учетом околосветовой скорости, успевают проникнуть намного ниже поверхности: эти частицы удавалось зарегистрировать на глубинах более 700 метров.

Сталкиваясь с биологическими полимерами аминокислот (белками) и сахаров (которые входят в состав РНК и ДНК), высокоэнергетические мюоны вызывают их мутации. Однако в силу того, что это излучение поляризовано, с молекулами разной хиральности они взаимодействуют с чуть разной интенсивностью. По мнению ученых, именно это различие — слабое, но действовавшее на протяжении очень долгого времени — сделало одни изомеры более стабильными, а отбор закрепил эту «склонность» жизни.

Любопытно, что аналогичные процессы должны развиваться на других планетах, подходящих для возникновения жизни. Поэтому возможно, что такая же хиральность может быть свойственна и организмам, эволюционировавшим не только на Земле. «Это можно сравнить с рулеткой в Вегасе, в которой предусмотрено небольшое предпочтение красных клеток черным, — объясняет профессор Блэндфорд. — Проведите пару игр, и вы ничего не заметите. Но если вы будете играть в рулетку много лет, тот, кто ставит на красное, получит деньги, а кто ставит на черное — проиграет все».