В популярной культуре астероиды играют роль апокалиптической угрозы. Их обвиняют в уничтожении динозавров. А еще рассматривают как внеземной источник полезных ископаемых.
Капсулы времени
Но для исследователя Николаса Худа астероиды имеют совершенно другое значение. Для него это некие капсулы времени. Они показывают ему, какие молекулы изначально существовали в Солнечной системе. Эта информации даст ученым отправную точку, необходимую для восстановления невероятно сложного пути, который запустил биологическую активность на Земле.
Директора Центра химической эволюции NSF-NASA в Технологическом институте Джорджии зовут Николас Худ. Этот человек заявляет, что обнаружение молекул в астероидах дает самые точные данные о том, какие именно соединения присутствовали на Земле до появления жизни. Такие данные расскажут о том, какие молекулы были на ранней Земле. И это поможет установить начальные условия, которые привели к образованию первых аминокислот. И родственных им соединений. Которые, в свою очередь, объединились для образования пептидов. Это небольшие белковоподобные молекулы, возможно запустившие жизнь на этой планете.
«Мы должны обратить свое внимание на астероиды. Только они могут помочь нам понять, какая вообще бывает химия в неживой Вселенной, – сказал Худ.
«Очень важно изучить материалы из астероидов и метеоритов, которые падают на Землю, чтобы проверить обоснованность наших теорий о том, как именно молекулы, содержащиеся в них могли помочь привести к возникновению жизни. Нам также необходимо каталогизировать молекулы из астероидов и метеоритов. Потому что там могут быть соединения, которые мы раньше не считали важными для начала жизни».
«Ученые НАСА анализировали соединения, обнаруженные в астероидах и метеоритах в течение десятилетий. Их работа дает четкое понимание того, какие материалы присутствовали при возникновении самой Земли», – говорит Худ.
«Если Вы захотите смоделировать пребиотическую химическую реакцию в лаборатории, ученые будут спорить с Вами о том, правильные ли Вы используете исходные данные», – сказал Худ. «Обнаружение молекулы в астероиде или метеорите – это единственное доказательство, с которым согласятся все. И с тем, что эта молекула является пребиотической. Это те данные, на которые мы действительно можем опираться».
Эксперимент Миллера – Юри
В результате эксперимента Миллера – Юри, проведенного в 1952 году для моделирования условий, которые предположительно существовали на ранней Земле, было получено более 20 различных аминокислот и органических соединений. Они являются строительными блоками для пептидов. В ходе эксперимента электрические разряды пропускались через специальную колбу. Она содержала воду, метан, аммиак и водород. Эти материалы, как полагают, существовали в атмосфере, когда Земля была совсем юна.
После эксперимента Миллера-Юри ученые продемонстрировали возможность и других химических путей к аминокислотам и соединениям, необходимым для возникновения жизни. Например, в лаборатории Худа исследователи использовали циклы чередующихся влажных и сухих условий для создания через некоторое время сложных органических молекул. В таких условиях аминокислоты и карбоновые кислоты, соединения, которые химически отличаются только одним атомом, могли образовывать короткие пептиды. Которые, свою очередь, приводили к образованию более крупных и более сложных молекул. В конечном счете проявляя свойства, связываемые с биологическими молекулами.
«У нас теперь есть действительно хороший способ синтезировать пептиды из аминокислот и карбоновых кислот (гидроксикислот), работающих вместе. И которые могли бы быть распространены на ранней Земле», – сказал ученый. «Сегодня гидроксикислоты встречаются с аминокислотами в живых организмах. А также в некоторых исследованных образцах метеоритов».
Разные пути
Худ полагает, что существует множество различных путей, которые могли бы сформировать молекулы жизни. Жизнь могла начаться с молекул, которые менее сложны и менее эффективны, чем те, что мы видим сегодня. Как и сама жизнь, эти молекулы могли эволюционировать с течением времени.
«Мы находим, что эти соединения могут образовывать интересные молекулы. Которые очень похожи на современные пептиды. За исключением стержня, удерживающего их вместе», – сказал Худ. «Общая структура может быть очень схожей. И ее будет легче синтезировать. Хотя она и не имеет возможности собираться в сложные структуры. Такие, например, как современные белки. Существует компромисс между простотой образования этих молекул и тем, насколько близки эти молекулы с теми, которые наблюдаются в современных живых организмах».
Геологи полагают, что Земля миллиарды лет назад была совсем другой. Вместо континентов были острова, выступающие из океанов. Даже Солнце было другим, давая меньше света, но при этом имело большую интенсивность космических лучей, и это могло влиять на белок-образующие химические реакции.
«Острова могли быть потенциальными инкубаторами для жизни. А молекулы попадали на них из атмосферы», – сказал Худ. «Мы считаем, что ключевым процессом, который позволил бы этим молекулам перейти на следующую стадию развития, является круговой перенос вещества. Мы моделируем его в лаборатории. Это было бы идеально для теории острова в океане».
Эволюция
Молекулы, возможно, медленно эволюционировали с течением времени. И, возможно, это происходило с разной скоростью в разных местах. Но возможно и одновременно.
«Существует некая особенность у пептидов, нуклеиновых кислот, полисахаридов и липидов касательно их способности работать вместе. Она дает им возможность делать то, что они не могут делать отдельно», – сказал Худ. «На ранней Земле могло происходить любое количество химических процессов, которые никогда не приводили к появлению жизни».
Знание того, какие условия были на ранней Земле, дает ученым более прочную основу для выдвижения гипотез о том, что именно могло произойти. И могло бы предложить указания на другие пути, которые, возможно, еще не были рассмотрены.
«Вероятно, в астероидах, по-видимому, гораздо больше сведений о том, какие молекулы действительно существовали в те времена», – сказал Худ. «Мы можем даже не знать, что именно должны искать в астероидах. Но, глядя на то, какие молекулы мы находим, мы можем задавать более разнообразные вопросы. Например о том, как они могли помочь начать жизнь».