ДНК-подобная молекула может выдержать высокие слои атмосферы Венеры

Фото из открытых источников

Может ли какой-то тип жизни найти убежище в облаках Венеры? Обнаружение фосфина и потенциально аммиака в атмосфере планеты ставит этот вопрос. Если бы жизнь могла там выжить, была бы она похожа на земную? Или у нее была бы другая молекулярная основа?

Поверхность Венеры — одно из самых враждебных и беспощадных мест в Солнечной системе. Сильная жара и атмосферное давление означают, что ни один организм не может там выжить. Ученые задавались вопросом, может ли жизнь выжить в ее верхних слоях атмосферы, где условия умеренные и более щадящие. Новые исследования показывают, что молекула, похожая на ДНК, может там выжить.

Атмосфера Венеры почти полностью состоит из углекислого газа. В ней присутствуют лишь следовые количества водяного пара, а ее облака почти полностью состоят из серной кислоты. Серная кислота разрушительна для большинства органических молекул, или так думали ученые. Однако новые лабораторные эксперименты показывают, что некоторые могут выживать в концентрированной серной кислоте.

Новое исследование опубликовано в журнале Science Advances, а ведущим автором является профессор Януш Петковски из Вроцлавского (Бреслау) университета науки и технологий.

«Мы находимся в начале новых разработок в области органической химии для астробиологии. Как сообщество, мы должны сосредоточиться на исследовании органической химии в растворителях, отличных от воды, что необходимо для понимания степени обитаемости Галактики», - говорят ученые. 

«Недавнее возобновление интереса к возможности жизни в облаках Венеры привело к новым исследованиям органической химии в концентрированной серной кислоте», — пишут авторы. Они объясняют, что для жизни требуются сложные генетические полимеры, и обнаружение одного из них в серной кислоте — это первый шаг. Полимеры — это большие, специализированные молекулы, которые могут хранить генетическую информацию. Они состоят из повторяющихся более мелких единиц, что-то вроде цепи. На Земле эту роль выполняют ДНК и РНК.

«Поэтому поиск подходящих кандидатов на роль генетических полимеров, стабильных в концентрированной серной кислоте, является необходимым первым шагом на пути к установлению того, что биологически функциональные макромолекулы могут существовать в этой среде», — поясняют исследователи.

Пептидная нуклеиновая кислота (ПНК) — искусственно синтезированная двоюродная сестра ДНК и РНК. Ее часто изучают как потенциальную протогенетическую молекулу. Фактически, гипотеза мира ПНК предполагает, что ранняя жизнь на Земле могла использовать ПНК в качестве своего генетического материала.

Исследование сосредоточено на лабораторных условиях, которые имитируют сернокислотные облака Венеры и способность PNA выживать в них. Исследователи хотели определить, может ли PNA выживать в 98% серной кислоте в течение двух недель.

«Люди думают, что концентрированная серная кислота разрушает все органические молекулы и, следовательно, убивает все живое, но это неправда, — сказал Петковски. — Хотя многие биохимические вещества, такие как сахара, нестабильны в такой среде, наши исследования на сегодняшний день показывают, что другие химические вещества, обнаруженные в живых организмах, такие как азотистые основания, аминокислоты и некоторые дипептиды, не разрушаются».

«Гексамеры PNA подвергаются деградации от 0,4 до 28,6% в 98% (по весу) серной кислоте при ~25°C в течение 14 дней, в зависимости от последовательности, но подвергаются полному сольволизу выше 80°C», — пишут исследователи. Гексамер — это молекула, состоящая из шести меньших субъединиц, в данном случае шести строительных блоков нуклеиновых кислот, связанных вместе.

«Продемонстрировав стабильность полимера в 98% (по массе) серной кислоте, который структурно связан с ДНК и, как известно, специфически взаимодействует с нуклеиновыми кислотами, мы сделали значительный шаг вперед в изучении потенциала концентрированной серной кислоты как растворителя, который мог бы поддерживать сложную химию, необходимую для жизни, и, следовательно, потенциальную пригодность для обитания в облачной среде Венеры», — пишут авторы в своей статье.

Эта работа следует за обнаружением фосфина и потенциально аммиака в атмосфере Венеры. Это биомаркеры, и их присутствие на Венере подогревает интерес к облакам планеты и их потенциальной обитаемости.

«И аммиак, и фосфин являются биомаркерами, что означает, что они могут указывать на присутствие жизни», — сказал Уильям Бейнс из Школы физики и астрономии Кардиффского университета. «Но облака Венеры совершенно враждебны к жизни, какой мы ее знаем на Земле. Поэтому наше последнее исследование направлено на изучение потенциала концентрированной серной кислоты как растворителя, который мог бы поддерживать сложную химию, необходимую для жизни в этих, казалось бы, непригодных для жизни облаках».

«Обнаружение того, что ПНК, имеющая сходство с ДНК, может оставаться в концентрированной серной кислоте в течение нескольких часов, является довольно поразительным. Это новый фрагмент гораздо большей головоломки в нашем понимании того, как создается жизнь, хотя она и сильно отличается от нашей, и где во Вселенной она может существовать», — сказал Бейнс.

«Наше исследование показывает, что PNA больше не стабилен в серной кислоте при температурах выше 50°C», — сказал Петковски. «Поэтому наше будущее исследование будет сосредоточено на создании генетического полимера — молекулы, которая может играть ту же роль, что и ДНК в жизни на Земле, — которая стабильна в концентрированной серной кислоте в диапазоне температур облаков Венеры, от 0°C до 100°C, а не только при комнатной температуре. Таким образом, полученные на данный момент открытия — это лишь первый шаг на пути к поиску такого стабильного полимера».

Исследователи говорят, что они намерены синтезировать генетический полимер, который будет стабилен в этой агрессивной концентрации серной кислоты, и что это исследование является первым шагом. Они отмечают, что хотя эти результаты и являются показательными, нестабильность PNA при температурах выше 50 °C означает, что он не может быть генетическим полимером на планетах с концентрированной серной кислотой при температурах 50 °C+.

Они также напоминают нам, что эти результаты означают только то, что PNA может выжить. Они ничего не говорят нам об их потенциальной генетической функции. Хотя отдельные нити PNA могут выживать, они вряд ли смогут пройти через спаривание оснований.

Однако они также говорят, что концентрированная жидкая серная кислота может «поддерживать разнообразную органическую химию, которая могла бы поддерживать форму жизни, отличную от земной». Общепринятое мнение гласит, что только простая органическая химия может выжить в серной кислоте, но авторы оспаривают это представление.

«Мы находимся в начале новых разработок в области органической химии для астробиологии», — заключают авторы. «Как сообщество, мы должны сосредоточиться на исследовании органической химии в растворителях, отличных от воды, что необходимо для понимания степени обитаемости Галактики».