Жизнь на Земле основана на органических соединениях — молекулы состоят из углерода и часто включают в себя другие элементы, например, водород, кислород, азот, фосфор и серу. Однако ученые давно задаются вопросом, может ли инопланетная жизнь развиваться на основе других химических соединений. Астробиологи давно предполагают, что кремний также может служить основой для других форм жизни.
Ключевой вид химического взаимодействия для жизни на Земле — автокатализ. Автокаталитические реакции поддерживают сами себя и могут производить молекулы, которые способствуют повторению той же реакции. Яркий пример автокатализа — размножение.
«Жизнь катализирует образование еще большего количества жизни. Одна клетка порождает две клетки, которые могут стать четырьмя и так далее. С увеличением числа клеток соответственно увеличивается число и разнообразие возможных взаимодействий», — отмечает эволюционный биолог из Университета Висконсин-Мэдисон Бетюль Качар.
В новом исследовании ученые искали автокатализ не только в органических соединениях. Они предположили, что автокатализ может способствовать абиогенезу — возникновению жизни из из веществ неорганической природы. Биологи сосредоточили свое внимание на циклах компропорционирования, позволяющих получить несколько копий молекулы. Компропорционирование уникально тем, что это одна реакция, в результате которой образуется множество продуктов, что очень похоже на размножение, поясняет эволюционный биолог Чжен Пенг.
Исследователи обнаружили 270 различных циклов автокаталитических реакций, причем в большинстве из них не использовались органические соединения. Некоторые из циклов были связаны с элементами, которые отсутствуют или крайне редко встречаются в жизни на Земле, например, ртуть или радиоактивный металл торий. Часть циклов, вероятно, происходит только при экстремально высоких или низких температурах или давлениях.
Ученые даже обнаружили четыре автокаталитических цикла с участием инертных газов, которые лишь в редких случаях вступают в химические реакции с другими элементами. Если даже такой относительно инертный газ, как ксенон, может участвовать в автокатализе, то есть все основания предполагать, что автокатализ в других элементах протекает легче.
Только восемь из этих автокаталитических циклов оказались относительно сложными, состоящими из четырех и более реакций. Большинство состояли всего из двух реакций. Также выяснилось, что можно объединить несколько циклов, даже если они сильно отличаются друг от друга. Это может привести к самоподдерживающимся химическим реакциям, в результате которых образуется разнообразный набор молекул, позволяющий создавать очень сложные вещества.
В будущих исследованиях ученые собираются экспериментально проверить созданную ими «поваренную книгу» циклов.
«Представленные здесь циклы — набор базовых рецептов, которые могут быть смешаны и подобраны таким образом, который еще не был опробован на нашей планете. Они могут привести к открытию совершенно новых примеров сложной химии, которая работает в условиях, когда циклы на основе углерода или даже кремния либо сгорают, либо вымораживаются», — добавил Пенг.
Научная работа может иметь значение для поиска жизни во Вселенной и понимания происхождения жизни. Также возможно практическое применение, например, оптимизация химического синтеза и эффективное использование ресурсов и энергии, пишет Space.com.
Что, если инопланетяне существуют?
Открыты целых четыре напоминающих Землю экзопланеты в пригодных для жизни зонах
Исследование: некоторые экзопланеты могут быть даже более пригодными для жизни, чем Земля