В новом исследовании ученые из Университета Цукубы, Япония обнаружили возможную причину левосторонности биологических аминокислот на Земле. Основываясь на оптических свойствах аминокислот, найденных на Мурчисонском метеорите, ученые показали, что определить левостороннюю хиральность биологических аминокислот могли их предшественники еще на ранней стадии галактической эволюции.
Аминокислоты, из которых состоят белки, при одинаковом химическом составе могут существовать в двух "зеркальных" формах, которые, подобно правой и левой руке, нельзя совместить в пространстве. При искусственном синтезе количество "правых" и "левых" аминокислот примерно одинаковое, но почти все природные белки построены только из левых. Почему так все устроено неясно до сих пор.
В новом исследовании ученые из Университета Цукуба, Япония обнаружили возможную причину этой асимметрии. Основываясь на оптических свойствах аминокислот, найденных на Мурчисонском метеорите, ученые провели физическое моделирование, которое показало, что определить левостороннесть биологических аминокислот могли их предшественники еще на ранней стадии галактической эволюции.
Если вы посмотрите на свои руки, то заметите, что они являются зеркальным отражением друг друга. Однако, как бы вы ни старались, вам никогда не удастся совместить одну руку с другой. Многие молекулы обладают аналогичным свойством, так называемой "хиральностью", которое означает, что "левосторонняя" (L) версия молекулы не может быть наложена на ее "правостороннюю" (D) зеркальную версию. Даже если оба варианта хиральной молекулы, называемые "энантиомерами", имеют одинаковую химическую формулу, их взаимодействие с другими молекулами, особенно с другими хиральными молекулами, может сильно различаться.
Одна из многих загадок, связанных с происхождением жизни на Земле, имеет прямое отношение к хиральности. Оказывается, биологические аминокислоты (АА) - строительные блоки белков - на Земле существуют только в одной из двух возможных энантиомерных форм, а именно в L-форме. Однако при искусственном синтезе АА в равных количествах образуются как L-, так и D-формы. Это позволяет предположить, что в какой-то ранний момент в прошлом L-АА стали доминировать в гетерохиральном мире. Это явление известно как "нарушение хиральной симметрии".
Ученые Университета Цукубы, Япония провели исследование, направленное на решение этой загадки. Как объясняется в их работе, команда стремилась найти доказательства, подтверждающие космическое происхождение левой односторонности всех АА на Земле.
К началу Галактики
"Предположение, что гомохиральность могла возникнуть в космосе, возникла после того, как АА были обнаружены в Мурчисонском метеорите, упавшем в Австралии в 1969 году", - говорит ведущий автор работы Мацуо Шоджи.
В образцах, полученных из этого метеорита, каждый из L-энантиомеров был более распространен, чем его аналог D-энантиомер. Одно из объяснений этому предполагает, что асимметрия была вызвана ультрафиолетовым круговым поляризованным светом (CPL) в регионах звездообразования нашей галактики. В новой работе ученые подтвердили, что этот тип излучения действительно может вызывать асимметричные фотохимические реакции, которые, при достаточном количестве времени, способствуют образованию L-AA, а не D-AA. Однако поглощающие свойства биологической аминокислоты изовалин, обнаруженной в образцах Мурчисонского метеорита, противоположны свойствам других АА, а это означает, что объяснение, основанное только на УФ-излучении, либо недостаточно, либо неверно.
Тогда команда доктора Шоджи выдвинула альтернативную гипотезу. Вместо ультрафиолетового излучения они предположили, что хиральная асимметрия на самом деле вызвана эмиссионной линией Lyman-α (Lyα), спектральной линией атома водорода, которая пронизывала ранний Млечный Путь.
Исследователи изучили возможность возникновения хиральной асимметрии в предшественниках АА, а именно в аминопропаналях (АP) и аминонитрилах (АN). Доктор Шоджи говорит, что облучение прекурсоров AN излучением Lyα приводит к увеличению доли L-энантиомеров. Последующее преобладание левосторонних биологических аминокислот L-AAs образовалось через реакции, индуцированные молекулами воды и теплом.
Таким образом, исследование еще на один шаг приближает нас к пониманию сложной истории нашей собственной биохимии. Команда подчеркивает, что для подтверждения своих выводов необходимо провести дополнительные исследования ANs на астероидах и кометах. Но предположение, что жизнь могла зародиться задолго до того, как возникли Земля и даже Солнце, становится все более вероятным.