Gyvybės Žemėje kilmė gali būti nežemiška

Tyrimai parodė, kad aminorūgštys kosmose gali sudaryti peptidus - gyvybės sudedamąsias dalis - ir taip paaiškinti gyvybės atsiradimą. Pagal ankstesnes teorijas, kometų ir meteoritų atneštos aminorūgštys į Žemę pateko ankstyvuoju jos formavimosi etapu. Tuomet šios rūgštys į peptidus virto po jų atvykimo, o ne anksčiau. Naujajame tyrime ši nuomonė paneigiama ir teigiama, kad tokia konversija gali vykti kosmose.

Kaip prasidėjo gyvybė? Tai vienas iš svarbiausių klausimų, kuriuos per visą žmonijos istoriją kėlė tiek religijotyrininkai, tiek filosofai ir mokslininkai. Tačiau nuo 2022 m. vieno atsakymo nėra.

Mokslininkams šis klausimas pirmiausia susijęs su vienaląsčių organizmų kilme, kurie, kaip rodo fosilijos, atsirado praėjus keliems šimtams milijonų metų po planetos susiformavimo. Pirmiausia todėl, kad šie vienaląsčiai organizmai padėjo pagrindą evoliucijos procesui, pagrįstam natūralia atranka, kurio metu atsirado daugybė sudėtingų gyvybės formų, kurias matome šiandien. Tačiau klausimas, kaip atsirado šie pirmieji organizmai, lieka neatsakytas.

Dabar Friedricho Schillerio universiteto Jenoje ir Makso Planko astronomijos instituto mokslininkų grupė įrodė, kad atšiauriomis kosmoso sąlygomis aminorūgštys gali virsti sudėtingesniais peptidais - pagrindine gyvybės sudedamąja dalimi.

Pranešime spaudai apie naująjį tyrimą rašoma: "Meteoroiduose aptinkamos aminorūgštys, nukleobazės ir įvairūs cukrūs rodo, kad jų kilmė gali būti nežemiška. Tačiau peptidui susidaryti iš atskirų aminorūgščių molekulių reikia ypatingų sąlygų, kurios, kaip anksčiau manyta, greičiausiai egzistuoja Žemėje."

Iki šiol šios sąlygos paprastai buvo susijusios su vandens buvimu, visų pirma todėl, kad kiekvieną kartą, kai pagrindinė aminorūgštis jungiasi su kita, kad sudarytų peptidinę grandinę, turi būti pašalinama vandens molekulė.

"Vanduo atlieka svarbų vaidmenį įprastiniame peptidų gamybos būde", - paaiškino instituto Astrofizikos ir klasterių fizikos laboratorijos grupės daktaras Seržas Krasnokutskis. "Mūsų kvantiniai cheminiai skaičiavimai parodė, kad aminorūgštis glicinas gali susidaryti sujungus cheminį pirmtaką aminoketeną su vandens molekule. Paprasčiau tariant, šiuo atveju pirmajame reakcijos etape reikia įpilti vandens, o antrajame etape - pašalinti."

Šios prieštaringos aplinkybės paskatino mokslininkus pažvelgti į peptidų kilmę visiškai kitu, šokiruojančiai paprastesniu būdu, visiškai pašalinant vieną iš dviejų etapų ir vandenį iš proceso.

"Užuot ėję cheminiu keliu, kai susidaro aminorūgštys, norėjome pažiūrėti, ar vietoj to galėtų susidaryti aminoketonų molekulės ir tiesiogiai susijungti į peptidus", - sakė Krasnokutskis. "Tai darėme tokiomis sąlygomis, kokios vyrauja kosminiuose molekuliniuose debesyse, t. y. dulkių dalelėse vakuume, kur gausu cheminių medžiagų: anglies, amoniako ir anglies monoksido."

Šiai hipotezei patikrinti komanda naudojo itin aukšto vakuumo kamerą, kurioje buvo galima imituoti kosmoso aplinką, sumažinant ją iki maždaug vienos kvadrilijoninės normalaus oro slėgio ir minus 263 laipsnių Celsijaus. Į kameros vidų jie įdėjo dirbtinius substratus, kurie buvo panašūs į tarpžvaigždinėje erdvėje esančių dulkių dalelių modelius. Kai mokslininkai į imituojamų dulkių dalelių paviršių įšvirkštė anglies, amoniako ir anglies monoksido molekulių, jie pastebėjo, kad atskiros glicino aminorūgštys vienu žingsniu virsta poliglicino peptidine grandine. Ir visa tai be vandens.

"Tyrimai parodė, kad tokiomis sąlygomis iš paprastų cheminių medžiagų susidaro peptidas poliglicinas", - sako Krasnokutskis. "Taigi tai yra labai paprastos aminorūgšties glicino grandinės."

"Ir mes pastebėjome skirtingą ilgį", - pridūrė Krasnokutskis, kalbėdamas apie eksperimentų metu stebėtų peptidų sudėtingumą. "Ilgiausius mėginius sudarė vienuolika aminorūgščių vienetų."

Tyrėjų grupės teigimu, šios bevandenės, vieno etapo konversijos sėkmę daugiausia lemia viena "itin reaktyvi" aminorūgštis - aminoketonas.

"Tai, kad reakcija gali vykti tokioje žemoje temperatūroje, lemia tai, kad aminoketeno molekulės yra labai reaktyvios", - sako Krasnokutskis. "Vykstant veiksmingai polimerizacijai, jie jungiasi tarpusavyje. Šio proceso produktas yra poliglicinas."

Mokslininkai teigia, kad juos nustebino tai, jog aminoceteno polimerizacija galėjo vykti tokiomis ekstremaliomis, į kosmosą panašiomis sąlygomis, visų pirma dėl energijos barjero, kurį reikia įveikti, kad šis virsmas įvyktų. Tačiau dabar jie įtaria, kad kažkas gali vykti labai mažu masteliu - reiškinys, vadinamas kvantiniu tuneliavimu, kuris padeda aminorūgštims apeiti šį energijos barjerą ir suformuoti tikras peptidines grandines.

"Mums gali padėti ypatingas kvantinės mechanikos poveikis", - sako Krasnokutskis. "Šiuo konkrečiu reakcijos etapu vandenilio atomas pakeičia savo vietą. Tačiau ji yra tokia maža, kad kaip kvantinė dalelė negalėjo įveikti barjero, o tiesiog sugebėjo jį peržengti, taip sakant, dėl tuneliavimo efekto."

Žurnale "Nature Astronomy" paskelbtas tyrimas yra tik vienas iš jų. Tačiau jei rezultatai pasitvirtins, tai parodys, kad aminorūgštims greičiausiai nereikėjo ankstyvosios Žemės sąlygų, kad susijungtų į sudėtingas molekules. Priešingai, šios sąlygos galėjo egzistuoti tarpžvaigždinėje erdvėje, o ankstyvajai Žemei tereikėjo pakankamai atvėsti (ir nusistovėti), kad šie gyvybės pagrindai galėtų įsitvirtinti. Jei tai tiesa, gyvybės kilmės klausimas gali likti atviras, tačiau tai taip pat reiškia, kad gali atsirasti nauja vieta, kur ieškoti atsakymo.

"Dabar, kai tapo aišku, kad ne tik aminorūgštys, bet ir peptidinės grandinės gali būti sukurtos kosminėmis sąlygomis, - rašoma pranešime spaudai, - gali būti, kad tyrinėdami gyvybės kilmę turėsime žvelgti ne tik į Žemę, bet ir į kosmosą."