Доминирование одних оптических изомеров над другими, характерное для всех живых организмов, могло возникнуть на Земле еще до возникновения самой жизни, под действием поляризованных мюонов.
©NASA, Jenny Mottar
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».
Комментарии
По-моему, всё гораздо проще. Если левую перчатку натянуть на правую руку, то будет неудобно; чтобы было удобно, нужно или "сдваивать" пальцы, или делать универсальную перчатку, в которой обеим рукам терпимо, но не так удобно, как в подогнанных под каждую руку перчатках.
Точно так же с ферментами: специализированные под определённый оптический изомер будут выигрывать у универсальных. Кроме того, ферменты из одного оптического изомера будут проще, чем сделанные из смеси изомеров, потому что белковая цепь по-разному будет изгибаться на L- и D- аминокислотах. Соответственно эволюция организмов, использующих только один определённый изомер, будет протекать быстрее и, следовательно, эффективнее, чем организмов, не разделяющих изомеры. Ну а дальше -- дело случая, малые исходные флуктуации в численности право- и левоориентированных организмов привели в итоге к полному вытеснению одной из групп.