Астрофизики Самарского университета им. Королёва совместно с коллегами из США теоретически и экспериментально доказали возможность возникновения в космосе сложных органических веществ, необходимых для существования и развития на Земле первых биологических протоклеток.
Создав с помощью специального оборудования аналоги межзвездного льда, международная группа ученых с помощью различных химических реакций, типичных для условий глубокого космоса, получила молекулы хелатирующих агентов - так называются вещества, с помощью которых внутрь первых примитивных протоклеток могли проникать ионы металлов, обеспечивая нормальную жизнедеятельность клеток и ускоряя копирование нити рибонуклеионовой кислоты (РНК) - одной из трех основных макромолекул, которые содержатся в клетках всех живых организмов. Теоретическая часть исследования была проведена в Самарском университете им. Королёва, а экспериментальная часть - в Гавайском университете (США).
«Научная значимость нашего исследования состоит в том, что впервые в мире в аналогах межзвездных льдов были получены органические хелатирующие агенты. Это еще один значительный шаг к разгадке появления жизни на Земле. Как считают многие ученые, хелатирующие агенты были крайне необходимы для существования и развития первых биологических протоклеток. Эти вещества способствуют переносу ионов металлов сквозь клеточную мембрану и тем самым они могли участвовать в катализе репликации РНК, то есть, в копировании данных РНК и делении древних протоклеток», - рассказал один из авторов исследования, доцент кафедры физики Самарского университета им. Королёва Иван Антонов.
Как отметил ученый, вопрос химических предпосылок возникновения и развития жизни на Земле является основополагающим для астрохимии и астробиологии. Астрофизики предполагают, что в ранних формах жизни, вероятно, должны были быть биомолекулы в форме РНК и аминокислот. Ключевую роль в стабилизации и копировании (репликации) РНК играют ионы металлов, таких, например, как магний. Современные клетки используют специальные белки для транспортировки ионов через свои мембраны, однако эти белки слишком большие и сложные, и вряд ли могли существовать в доисторические времена первых протоклеток.
«Перенос ионов через мембрану клетки жизненно важен для всех современных форм жизни, это основополагающий механизм, но как древние клетки могли делать это без сложных белков, которые используются современными клетками, этот вопрос остается пока что неясным. Мы считаем, что ионы могли переноситься с помощью хелатирующих агентов, возникших в космосе в межзвездном льду и затем попавших вместе с метеоритами на Землю. В нашем исследовании мы показали, как хелатирующие агенты могут достаточно быстро образовываться в аналогах межзвездных льдов с помощью определенного набора химических реакций», - отметил Иван Антонов.
Хелатирующие агенты можно назвать своего рода молекулярными «скафандрами» - молекулы этих веществ как бы прочно обволакивают, крепко охватывают ионы металлов, после чего ионы в этих «одеяниях» могут спокойно проникать сквозь оболочку клетки и выполнять свои задачи. Ионы в «голом виде», без хелатирующих агентов, мембрана клетки не пропускает. Кстати, мы все практически каждый день сталкиваемся с различными хелатирующими агентами в повседневной жизни - эти вещества добавляют в различные моющие средства, стиральный порошок, шампуни, косметику. Хелатирующие агенты используются при различных химических анализах, а также при реставрации археологических находок - эти агенты легко убирают самую страшную ржавчину.
«Наши расчеты и эксперименты показали правдоподобный механизм образования многофункциональной сложной органики внутри межзвездного льда в условиях глубокого космоса. Это фундаментально расширяет знания о достижимом уровне молекулярной сложности органических молекул в космосе. Полученные молекулы действительно могут действовать как пребиотические хелатирующие агенты, когда-то попавшие на Землю с помощью метеоритов и комет и облегчившие транспорт ионов в первые примитивные клетки, что в конечном счете ускорило репликацию РНК и распространение ранних форм жизни», - подчеркнул Иван Антонов.