«Волшебный» химический реактор в алмазной наковальне
Для простого биосинтеза достаточно всего лишь хорошо «потереть» молекулы друг о друга.
В вопросе происхождения жизни очень много белых пятен, хотя их число постепенно уменьшается. А вместе с этим расширяется наше понимание феномена жизни в целом, где и в каких условиях она может существовать и где за пределами Земли нам стоит её искать в первую очередь.Процесс зарождения жизни обычно делят на несколько ключевых этапов. Перво-наперво на планете или где-нибудь ещё должны образоваться простые органические молекулы, например, аминокислоты. По своей сути такая «органика» мало чем отличаются от «неорганики» и лишь служит набором специфических «кирпичиков», из которых впоследствии будет строиться фундамент для жизни как таковой.
На втором этапе те простые органические молекулы должны объединиться в более сложные соединения. За этим следует появление некоторого механизма, который позволил бы большим органическим молекулам воспроизводить самих себя. Дальше уже начинает «работать» эволюционный механизм: свойства биомолекул наследуются, могут немного меняться от копии к копии, а отбор даёт путёвку в жизнь наиболее «успешным». В результате, как полагают исследователи, появился «последний универсальный общий предок» – популяция организмов, от которой произошли все живые существа на Земле. О нём мы писали несколько лет назад.
На каждом из этих этапов существуют свои проблемы, часть из которых до сих пор не имеют однозначного решения. Вероятно и то, что таких решений в принципе существует несколько. По крайней мере, это, скорее всего, справедливо для самых первых этапов – так называемого абиогенного синтеза. К уже существующим механизмам, вроде синтеза аминокислот в электрическом разряде или абиогенного фотосинтеза, исследователи из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса добавили ещё один – синтез пептидов из простейшей аминокислоты глицина, который происходит при сильном трении между твёрдыми материалами. Разумеется, если между ними оказываются «зажаты» молекулы глицина.
Для этого исследователи смоделировали условия, которые возникают во вращающейся алмазной наковальне, куда поместили глицин. Суть эксперимента заключается в том, что между двумя кристаллами алмаза помещают крошечное количество исследуемого вещества, затем кристаллы очень сильно прижимают друг к другу, в результате на вещество действует колоссальное давление, в сотню раз большее, чем на дне Марианской впадины. А в качестве своеобразной вишенки на торте можно ещё поворачивать кристаллы друг относительно друга, чтобы сжатое вещество ещё и «перетиралось». В таких в прямом смысле стеснённых условиях вращающейся алмазной наковальни (хотя эту конструкцию впору назвать алмазной мельницей) могут протекать самые разные химические реакции.
Правда, проводить такие эксперименты вживую весьма трудоёмко, поэтому многие эксперименты химики уже давно стараются просчитывать на компьютере или, по крайней мере, делают это перед реальным экспериментом. Благо современные методы квантовой химии (и молекулярной динамики) могут весьма неплохо описывать поведение реального вещества и давать ценные предсказания.
Исследователи поместили глицин в виртуальную вращающуюся алмазную наковальню и посчитали, что же там получится через некоторое время. Оказалось, что молекулы глицина не прочь объединиться друг с другом, в том числе и в пептиды – так называют небольшие цепочки аминокислот (а белки, по сути, это очень длинные пептиды). Например, простейшего пептида, состоящего всего из двух глициновых остатков, в виртуальной наковальне получилось аж 4% по массе, что весьма неплохо. Скорее всего, образовывать сравнительно небольшие пептиды может не только глицин, но и более сложные аминокислоты. Глицин же просто выбирают для модельных экспериментов, потому что это самая простая по строению аминокислота. А значит, и расчеты с ней проводить легче.
Какие выводы можно сделать из этого пусть и теоретического эксперимента? Во-первых, мы теперь знаем ещё один возможный механизм наполнения исходно стерильной Земли химическими «кирпичиками» для будущей жизни. Ведь для создания высокого давления и трения можно использовать не только алмазные наковальни, но и просто горные породы, испытывающие на себе трение во время землетрясений. И вполне вероятно, что все эти механизмы работали одновременно или в разное время на начальных этапах зарождения жизни. Во-вторых, возможность абиотического синтеза за счёт трения повышает шансы найти жизнь на спутниках планет газовых-гигантов.
Дело в том, что сильная гравитация таких планет способствует возникновению сильных приливных сил, которые могут деформировать твёрдое вещество своих спутников. А это значит, что там может «работать» своеобразный химический реактор, основанный на трении. Учитывая, что на некоторых спутниках Юпитера и Сатурна под твёрдой замёрзшей коркой находится подповерхностный океан с жидкой водой, то вполне возможно, что за долгое время там могла зародиться жизнь.