(Разные разности. «ХиЖ» 2024 №5)
Есть вещества, которые играют заметную роль в нашей жизни. Например — этиловый спирт. У этого органического соединения, которое помогло и помогает сколотить не одно состояние, много поклонников и фанатов по всему миру. Но, похоже, значение этилового спирта мы все же недооценивали. Как выяснили астрофизики, сфера его влияния — не только Земля, но и вся Вселенная.
Вообще, астрохимики давно наблюдают в пылевых облаках, рождающих звезды и планеты, важные молекулы — воду и сложные органические соединения, состоящие как минимум из шести атомов, по крайней мере один из которых углерод. Так что предшественники биологически активных соединений и строительного материала для живой клетки широко распространены в космосе. До сих пор их находили только в газовой фазе.
Однако температура в открытом космосе достигает минус 270°С. Тут любая органика превратится в лед. Так каково происхождение сложных органических молекул в космосе? Они образуются в газовой фазе или в молекулах льда? Это, кстати, один из старейших вопросов астрохимии.
Чтобы разобраться в нём, ученые из Лейденского университета в Нидерландах воспользовались космическим телескопом НАСА имени Джеймса Уэбба. Его инфракрасное зрение безупречно и позволяет рассмотреть каждый компонент в холодных темных молекулярных облаках, где оптические телескопы не работают.
Джеймс Уэбб рассмотрел ледяные частицы космической пыли, окружающей две протозвезды: массивную IRAS 23385 и более легкую IRAS 2A. И на поверхности этих частиц, а также внутри, в толще льда, впервые нашел этиловый спирт и ацетальдегид в твердой форме. И вот что интересно. Соотношение ацетальдегида и этилового спирта в твердой фазе (во льду) и в газовой фазе одинаково (Astronomy & Astrophysics).
Это наводит на мысль, что этанол образовался в результате твердофазной реакции на поверхности холодных пылевых зерен, например — за счет гидрирования ацетальдегида, благо водорода во Вселенной много. При этом происходит постоянное испарение (сублимация, если точнее) этилового спирта с поверхности космических льдинок. Так образуется газовая фаза космической органики. Но этот химизм — тема для отдельной статьи.
На самом деле авторы исследования отвечают на другой важнейший вопрос: как вода и органические молекулы, предшественники и строительные блоки жизни, попадают на планеты. Ведь это возможно, только если органические вещества находятся в твердом состоянии. Льдинки, насыщенные органикой, собираются в кометы и астериоиды и разносятся по Вселенной.
Ученые полагают, что в течение первых 500 миллионов лет истории Земли пребиотическая химия породила РНК, ДНК, жирные кислоты и белки. Но для создания этих строительных блоков живой клетки нужно было сырье. Его-то и доставляли на Землю кометы и астероиды. Однако до сих пор было возражение против того, что материал был слишком разбросан, чтобы обеспечить соответствующее количество вещества.
Теперь, кажется, разобрались, как это могло быть. Исследователи из Швейцарского федерального технологического института Цюриха предположили, что пыль от разбитых астероидов проливалась на Землю пыльным дождем (Nature Astronomy). Даже сегодня около 30 000 тонн частиц космической пыли ежегодно падает на Землю из космоса. А на заре формирования Земли пыльные дожди были частыми и обильными.
Пыль оседала на ледяных щитах, которые тогда покрывали Землю. Лед таял, вода вместе с пылью скапливалась в ямах, в естественных углублениях рельефа. И в этих ямах создавались области со значительной концентрацией пыли, которые также постоянно пополнялись. В этих так называемых криоконитовых дырах скапливалась космическая пыль. Ее частицы отдавали космическую органику, в том числе этанол. Так образовывался именно в этих ямах тот самый первичный бульон, в котором развивалась пребиотическая химия и зарождалась жизнь. Бульон, немного приправленный, как царская уха, алкоголем.
Предложенная гипотеза, несомненно, вызовет споры. Поэтому хорошо бы подтвердить ее экспериментом. Этим и планируют заняться швейцарские ученые. Они хотят в лабораторных сосудах воссоздать условия, которые могли существовать в доисторических плавильных ямах, а затем посмотреть, образуются ли биологически значимые молекулы.
Впрочем, в сокровищницу величайших химических экспериментов всех времен и народов занесен известный классический эксперимент Миллера — Юри, в котором моделировалась химическая эволюция на ранней Земле.
Этот эксперимент, который Стэнли Миллер и Гарольд Юри выполнили в 1953 году, должен был подтвердить или опровергнуть гипотезу Александра Опарина и Джона Холдейна.
Гипотеза гласила, что условия на примитивной Земле способствовали химическим реакциям, которые могли привести к синтезу органических молекул из неорганических. В эксперименте через смесь газов (Н₂, CH₄, CO, Н₂O, NH₃), соответствующую представлениям о составе атмосферы ранней Земли в то время, пропускали электрические разряды, которые имитировали удары молнии по Земле.
Первичный анализ показал наличие в конечной смеси пяти аминокислот. Однако более точный повторный эксперимент и анализ продуктов уже в XXI веке показал, что в этом эксперименте образуются 22 аминокислоты.
Посмотрим, что получится у швейцарских химиков. Но в любом случае их работа оживит дискуссию о происхождении жизни на Земле, которая, впрочем, не затихала.
Л.Н. Стрельникова
Остальные статьи из этой рубрики вы можете найти в подборке «Разные разности»
Купить номер или оформить подписку на «Химию и жизнь»: https://hij.ru/hij_kiosk.shtml
Благодарим за ваши «лайки», комментарии и подписку на наш канал
– Редакция «Химии и жизни»