< Маятник лунной пыли порождён электрическим полем

Дмитрий Вибе: Органика в старом веществе Солнечной системы

Около года назад я написал колонку о межзвёздной органике, предполагая в скором времени продолжить её колонкой об органике в наших непосредственных окрестностях. Но получилось так, что руки до продолжения у меня дошли только сейчас, да и то по необходимости — 14 марта я читаю лекцию в Мемориальном музее космонавтики на близкую тему, так что хочешь, не хочешь, а освежай в памяти то, что знал и чего не знал.

---

Итак, я уже в нескольких колонках написал о том, что органические молекулы без проблем синтезируются в межзвёздной среде, причём в больших количествах, связывая существенную долю вообще всех доступных атомов углерода. В межзвёздном и околозвёздном газе уверенно идентифицируются молекулы, содержащие до 11 атомов углерода (HC₁₁N). Существование более сложных макромолекул, типа полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) или фуллеренов, также не вызывает сомнений, хотя в случае ПАУ идентифицировать конкретные соединения пока не удаётся.

Эти открытия служат поводом для сдержанного оптимизма в отношении распространённости жизни: органики во Вселенной не просто много; это, оказывается, вообще один из основных резервуаров незвёздного вещества. Однако известные нам формы жизни существуют не в межзвёздной среде, а на планете. И наличие связи между межзвёздной органикой и планетной органикой, вообще говоря, неочевидно.

Пытаться обнаружить эту связь можно двумя способами. Первый состоит в исследовании молекулярного состава протопланетных дисков (ППД), благо таких дисков известно сейчас немало. Со стороны наблюдений успехи пока весьма скромные. До недавнего времени самой сложной органической молекулой, обнаруженной в протопланетных дисках, был формальдегид (H₂CO). Правда, в последнее время лёд (в смысле, межпланетный газ) тронулся: в прошлом году в трёх дисках был обнаружен цианоацетилен (HC₃N), а в этом году опубликованы результаты наблюдений циклопропинилидена (c-C₃H₂, так это, кажется, должно называться). Есть надежда, даже уверенность, что радиотелескоп ALMA позволит обнаружить в ППД и более сложные молекулы.

Однако это будут молекулы по «межзвёздную» сторону космической органики: если условия для синтеза сложных молекул существуют в холодных и относительно разреженных молекулярных облаках, то уж тем более они реализуются на периферии ППД (из-за ограниченного углового разрешения большинство наблюдений относится именно к этой области) — там и вещество плотнее, и температура выше. Ближе к звезде ситуация усложняется: температура во внутреннем диске достигает сотен и даже тысяч градусов, плюс ультрафиолетовое излучение, плюс рентген… Что происходит с органикой, которая в процессе аккреции постепенно перемещается с холодной окраины ППД в горячий центр, туда, где образуются планеты? Удаётся ли ей уцелеть, или миллионы лет дозвёздного органического синтеза проходят впустую и на планетах сложная химия должна начинаться заново?

Приблизиться к ответу на эти вопросы позволяет второй способ: исследование органического материала в Солнечной системе. Правда, со времени её образования прошёл уже изрядный срок, но часть протопланетного вещества законсервировалась в эпоху образования планет и теперь время от времени попадает в земные лаборатории вместе с метеоритами.

Впервые факт наличия в метеоритах углерода был установлен французским химиком Луи Тенаром вскоре после того, как внеземная сущность метеоритов получила широкое признание. Тенар определил содержание углерода в метеорите, который упал 15 марта 1806 года (ровно 207 лет назад!) близ французского города Алес. Чуть дальше продвинулся шведский химик Йонс Берцелиус, в руки которого образец метеорита Алес попал через четверть века после его падения. Этот образец настолько не походил на известные в то время метеориты, что Берцелиус его едва не выкинул. Алес — первый найденный представитель углистых хондритов — состоял из глинистого вещества с большим количеством связанной воды, а ещё содержал в себе тёмную субстанцию, на 12 процентов по массе состоящую из углерода.

К середине 1860-х годов, когда методы химического анализа достаточно усовершенствовались, а в распоряжение химиков попало уже четыре углистых хондрита, усилиями Ф. Клеца, Ф. Вёлера, П. Бертло и других было установлено, что тёмный компонент углистых хондритов состоит из органических соединений. Меньшую их часть (20-30%) удавалось выделить из метеорита при помощи простых растворителей; остальные 70-80 процентов не растворялись практически ни в чём и получили название нерастворимого органического вещества. На большее тогдашние методы рассчитывать не позволяли, и исследование метеоритной органики остановилось до середины XX века.

С этой задержкой связан забавный эпизод. В середине 1960-х годов образец углистого хондрита Оргей попал в химическую лабораторию из музея города Монтобан (Франция), где он хранился со времени обнаружения в 1864 году. И в нём обнаружились семена растения — не на поверхности, а внутри, в теле метеорита. Чуда не случилось — проверка показала, что это семена ситника, травы, произрастающей в южной Франции, где и упал метеорит. Кто-то увлажнил образец, чтобы сделать его мягким (глина!), спрятал внутрь семена, потом дал метеориту высохнуть и замазал место преступления клеем, чтобы имитировать кору плавления. Причём это произошло вскоре после падения метеорита, ибо в музее к нему доступа ни у кого не было. Неведомый шутник, видимо, рассчитывал на скорую сенсацию и не предвидел, что интерес к жизни в метеоритах угаснет на многие десятилетия.

Изучение углистых хондритов возобновилось в 1950-е годы, но подлинный его расцвет начался в 1969 году, когда на Землю упало сразу два крупных углистых хондрита: Мерчисон в Австралии и Альенде в Мексике. В 1970 году К. Квенволден с соавторами сообщили, что нашли в Мерчисоне аминокислоты глицин, аланин и другие. Точнее, сообщения об аминокислотах в метеоритах появлялись и раньше, но их списывали на земное загрязнение. Теперь же впервые было показано, что метеоритные аминокислоты имеют изотопный состав, значительно отличающийся от состава аналогичных земных молекул.

С тех пор изотопные отличия считаются одним из основных признаков внеземного происхождения метеоритной органики (помимо аминокислот в метеоритах содержатся основания, сахара, ПАУ и пр.). Дело в том, что в силу особенностей межзвёздной химии молекулы в дозвёздном веществе предпочтительно включают в свой состав более тяжёлые изотопы: дейтерий вместо водорода, азот-15 вместо азота-14 и т.д. Например, в составе того же формальдегида доля молекул HDCO в молекулярных облаках может составлять десятки процентов, тогда как общее отношение D/H по числу атомов составляет порядка 10^-5. И именно такое повышенное содержание более тяжёлых атомов в молекулах свойственно метеоритной органике.

Ещё одним носителем органических соединений в Солнечной системе являются кометы. Правда, возможности их исследований не так обширны, как возможности исследования метеоритов. В подавляющем большинстве случаев это только наблюдения, те же, что используются для определения химического состава межзвёздного газа. Причём если молекулярные облака можно наблюдать всегда, то с кометами нужно ловить момент. В результате в кометах открыто даже меньше органических молекул, чем в межзвёздной среде. Среди них тоже есть аминокислота — не так давно в веществе хвоста кометы Вильда-2, которое было привезено на Землю зондом «Стардаст», был обнаружен глицин. Правда, вклад комет в обогащение Земли органикой, может быть, не так значителен: изотопный состав воды в них отличается от изотопного состава земных океанов, значит, ни воду, ни всё остальное кометы на Землю в больших количествах не доставляли.

В целом, похоже, что какую-то долю межзвёздной органики Земля таки получила с метеоритами. Осталось ответить ещё на один вопрос: имела ли эта органика какое-то отношение к зарождению жизни? Вот здесь всё становится сложно. Как известно, земная жизнь использует органические молекулы с определённым видом зеркальной симметрии — «левые» аминокислоты и «правые» сахара. В метеоритах этой асимметрии не наблюдается (либо она наблюдается в небольшой степени). Больше того, почти одинаковое содержание «правых» и «левых» молекул в метеоритной органике часто называют одним из признаков её внеземного происхождения. Далее, из почти сотни аминокислот, найденных в метеоритах, лишь примерно одна десятая часть «задействована» в живых существах. Остальные, кроме как в метеоритах, нигде не встречаются…

Источник: Колонка Вибе

 

---