Космическая пыль могла стать причиной зарождения жизни на Земле

Фото из открытых источников

Новое исследование показало, что аминокислоты, строительные блоки жизни, могли попасть на Землю с частицами межзвездной пыли, потенциально способствуя зарождению биологии в ее нынешнем виде.

В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Стивен Томпсон, главный научный сотрудник I11, и Сара Дэй, научный сотрудник I11, изучили, как аминокислоты, такие как глицин и аланин, могут выживать в суровых условиях космоса и попадать на Землю, будучи погруженными в космическую пыль.

Аминокислоты являются молекулярной основой белков и ферментов, которые управляют всеми биологическими процессами в живых организмах. Хотя учёные долго спорили о том, образовались ли эти молекулы на Земле или попали к нам из космоса, новое исследование убедительно свидетельствует о том, что космическая пыль могла сыграть решающую роль в их появлении.

Группа учёных синтезировала мельчайшие частицы аморфного силиката магния, основного компонента космической пыли, и нанесла на них аминокислоты — глицин, аланин, глутаминовую и аспарагиновую кислоты. Используя инфракрасную спектроскопию и синхротронную рентгеновскую порошковую дифракцию, они затем исследовали поведение этих молекул при нагревании частиц силиката, имитируя нагревание, происходящее при движении пылинок по ранней Солнечной системе.

Они обнаружили, что только глицин и аланин успешно прикреплялись к частицам силиката. Эти аминокислоты образовывали кристаллические структуры, а аланин сохранял стабильность при температурах, значительно превышающих его температуру плавления. Исследование также показало, что две зеркальные формы аланина (L- и D-аланин) вели себя по-разному при нагревании, причём L-аланин проявлял большую реакционную способность, чем его D-форма. Глицин же, напротив, исчезал из силиката при температурах ниже точки его чистого разложения, что указывает на то, что он отрывался от поверхности зерна, а не разрушался.

Группа подготовила две партии аморфного силиката и подвергла одну из них термической обработке перед нанесением аминокислот. Это было необходимо для удаления атомов водорода с поверхности силиката, в результате чего были получены два силиката с различными поверхностными свойствами, которые, как было обнаружено, также влияют на температуры, при которых происходит потеря аминокислот.

Эти тонкие различия могли иметь глубокие последствия для типов молекул, которые зародили жизнь на Земле.

Хотя исследование ограничивалось одним компонентом космической пыли, его результаты могут указывать на существование возможного «механизма астроминералогического отбора» — естественного процесса фильтрации, при котором ограниченный диапазон доступных поверхностей пылевых частиц означает, что к пылевым частицам прикрепляются только определенные аминокислоты.

Аминокислоты образуются в ледяных мантиях, покрывающих частицы космической пыли, и этот механизм мог бы вступить в действие, когда ледяные мантии сублимируются в космос вместе с содержащимися в них аминокислотами, когда частицы пыли пересекают так называемую «снеговую линию» и сталкиваются с более тёплыми внутренними областями ранней Солнечной системы. Это, в свою очередь, могло повлиять на то, какие молекулы в конечном итоге попали на Землю, сформировав ранний органический состав планеты.

Исследование подтверждает идею о том, что аминокислоты, образовавшиеся в межзвёздных ледяных мантиях, могли перейти в частицы силикатной пыли и сохраниться достаточно долго, чтобы попасть на Землю. Это, вероятно, произошло между 4,4 и 3,4 миллиардами лет назад, в период формирования земной коры и океанов после окончания так называемой поздней интенсивной бомбардировки и появления в геологической летописи первых микроископаемых.

Антарктические микрометеориты и образцы комет, таких как Wild 2 и 67P/Чурюмова–Герасименко, показали высокую концентрацию органического материала, включая аминокислоты. Более того, хотя столкновения с кометами и астероидами, содержащими аминокислоты, всё равно происходили в то время, считается, что приток микрометеоритов был настолько интенсивным, что, вероятно, стал основным источником органического углерода на ранней Земле.

Предполагается, что такое осаждение на поверхность Земли космической пыли, богатой предшественниками жизни, потенциально компенсировало ограниченное количество аминокислот, производимых только за счет земного синтеза, что позволило зародиться жизни на Земле.

Исследование группы добавляет важный фрагмент к головоломке происхождения жизни. Оно показывает, что частицы межзвёздной пыли не просто переносят молекулы — они могут активно влиять на то, какие органические вещества выживают и достигают планет, подобных Земле. Понимая эти процессы, учёные смогут лучше понять, как жизнь могла возникнуть в других частях Вселенной.

В исследовании также подчеркивается важность междисциплинарной науки, объединяющей астрономию, химию и геологию вместе с передовыми экспериментальными методами, доступными на крупных исследовательских объектах, таких как Diamond, для изучения одного из старейших вопросов человечества о происхождении жизни.