Космос рассказал о зарождении жизни

Недавнее открытие специалистов из Национальной астрономической обсерватории Японии слегка приоткрыло завесу самой интригующей тайны — тайны зарождения жизни на Земле. Ученые обнаружили, что в туманности Кошачьей лапы имеется левая круговая поляризация, которую, скорее всего, создают левосторонние изомеры органических молекул из газопылевого облака.

Фото:

Как мы знаем, в любой электромагнитной волне время от времени может возникать такое явление, как поляризация, то есть нарушение симметрии распределения возмущений в поперечной волне (например, напряженностей электрического и магнитного полей) относительно направления ее распространения. Эта поляризация может быть круговой — в данном случае концы ее электрического и магнитного векторов в каждой точке пространства, занятого волной, описывают окружности в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. Совершенно очевидно, что подобную поляризацию можно смело разделить на правую либо левую — в зависимости от направления вращения вектора индукции.

Интересно, что подобную поляризацию может вызывать процесс отражения света раствором различных органических молекул. Причем в одном случае наблюдается правая поляризация, а в другом — левая. На основании этого свойства химики выделяют так называемые оптические изомеры одного и того же вещества — например, левые и правые аминокислоты или сахара. Это означает, что правые аминокислоты будут вызывать только правую поляризацию отраженного света, а левые — наоборот, только левую.

Ученым давно уже известно, что при построении биомолекул природа в большинстве случаев пользовалась только одним типом оптических изомеров. Так, в состав белков всех живых существ входят исключительно левые аминокислоты, а в состав ДНК — только лишь правые сахара. Причем на Земле имеется множество правых аминокислот и левых сахаров, однако большинством организмов они вообще не усваиваются, и, более того, в ряде случаев являются для них ядовитыми (и это при том, что по химическому составу и свойствам оптические изомеры вообще никак не различаются).

Этот интересный феномен использования организмами только из одного типа оптических изомеров получил название хиральной чистоты жизни. Исследования палеонтологов показали, что хиральная чистота была присуща живым организмам с самого начала их существования — по крайней мере белков из правых аминокислот и ДНК с левыми сахарами в окаменелостях пока никто не находил. Получается, что наша земная жизнь с самого начала была ориентирована на использование вполне конкретных оптических изомеров. В то же время эксперименты, пытавшиеся воспроизвести процесс появления первых органических молекул давали обратные результаты.

Вспомнить хотя бы знаменитый эксперимент Миллера — Юри, представлявший собой экспериментальный тест гипотезы, высказанной ранее Александром Опариным и Джоном Холдейном, о том, что условия, существовавшие на примитивной Земле, способствовали химическим реакциям, которые могли привести к синтезу органических молекул из неорганических. Как мы помним, он был проведен в 1953 году Стэнли Миллером и Гарольдом Юри, которые создали специальную установку, в которой через смесь газов, соответствующую атмосфере ранней Земли, пропускали электрические разряды. В итоге ученые получили целых 22 аминокислоты, собравшиеся самостоятельно из атомов азота, углерода и водорода, однако среди них были как правые, так и левые оптические изомеры. Более того, этих изомеров в смеси было поровну! Почему же тогда в дальнейшем эволюция все же предпочла оставаться на пути хиральной чистоты, ведь исходно для построения живых молекул хватало и тех, и других элементов?

Долгое время ученые не могли внятно ответить на этот вопрос, однако недавнее открытие специалистов из Национальной астрономической обсерватории Японии немножко приоткрыло завесу самой интересной тайны зарождения жизни на Земле. Группа астрофизиков, которой руководил профессор ЧунМи Кхвон, наблюдая за эмиссионной туманностью NGC 6334, известной также под именем "Кошачья лапа" (она расположена в созвездии Скорпиона в 5 500 световых лет от Земли), обнаружили, что для ее областей активного звездообразования свойственна круговая поляризация излучения. Этот феномен ученые объясняют тем, что в состав данного газопылевого облака входят многочисленные пылевые частицы, которые избирательно поглощают свет с различной длиной волны.

Но это еще не все — наблюдения показали, что круговая поляризация, создаваемая данной туманностью, исключительно левая. Исследователи предполагают, что это происходит потому, что в состав этих самых пылевых частиц входят только левые оптические изомеры органических молекул (например, аминокислот). Следует заметить, что ситуация с нахождением в космосе различных молекул органических веществ уже давно перестала удивлять ученых — многие туманности набиты ими, что называется, под завязку. Так что нет ничего странного в том, что такие молекулы оказались в составе пыли Колшачьей лапы.

По мнению профессора Чун Ми Кхвона, обнаруженное явление может объяснить доминирование левовращающих аминокислот в белках земных организмов. Если предположить, что эти аминокислоты формировались не на самой планете, а еще в допланетарной космической среде, то круговая поляризация газопылевых облаков, где проходило образование данных молекул, должна была придать им в одних регионах эмиссионных туманностей левовращающий характер, а в других — правовращающий. То есть если Солнечная система образовалась там, где доминировали левовращающие аминокислоты, то при последующем формировании Земли они могли быть занесены на нее из материала протопланетного облака.

В дальнейшем же все могло быть так — более сложные живые молекулы образовывались как из левых, так и из правых аминокислот, однако первых в силу вышеперечисленных обстоятельств было больше. Не исключено, что уже на тех стадиях шел некий естественный отбор, в которым, как и полагается, выживали наиболее приспособленные. В данном случае таковыми оказались наиболее многочисленные молекулы (ибо по остальным химическим свойствам, как мы помним, изомеры не различаются), и они, что называется, в какой-то момент "задавили" своих конкурентов числом — примерно также, как миллиарды лет спустя кроманьонец победил более малочисленного неандертальца.

Любопытно, что гипотеза, выдвинутая сотрудниками Национальной астрономической обсерватории Японии основана еще и на том, что по многим свойствам туманность Кошачья лапа весьма похожа на ту область, где формировалась наша Солнечная система. Поэтому, считает профессор Чун, такая аналогия весьма и весьма уместна. Не исключено также, что в данной туманности со временем вполне возможно появление планет, на которых также, как и в Солнечной системе, возникнут живые организмы. Впрочем, в ближайшее время подтвердить или опровергнуть данное предположение вряд ли будет возможно — если такое и случится, то через миллионы лет.

Читайте также: Жизнь зародилась в сосульках?

Кстати, эта версия, помимо всего прочего, вполне способна примирить два враждующих лагеря эволюционистов — сторонников земного происхождения жизни (абиогенеза) и приверженцев гипотезы панспермии (занесения жизни на Землю из космоса). Ведь, согласно ей, исходные "кирпичики" жизни все-таки сформировались в космосе, однако "здания" (более сложные органические молекулы) из них сложились уже на Земле. Не исключено, что подобное происходило и на других планетах земной группы Солнечной системы, а также и на астероидах и спутниках планет-гигантов, однако там биомолекулы не смогли выжить из-за неподходящих условий.

И только лишь наша Земля смогла обеспечить им нормальное существование, благодаря чему в настоящее время во Вселенной есть кому вести дискуссии о том, как зародилась жизнь на бескрайних просторах космоса. И подкреплять свои точки зрения данными из наблюдений за далекими космическими объектами…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"