Космический аммиак

Подтверждение важной роли метеоритов в возникновении жизни на Земле

Поставщиками аммиака, сыгравшего важную роль в возникновении жизни на Земле, были метеориты. К такому выводу пришли сотрудники Аризонского университета, анализировавшие состав антарктического метеорита Grave Nunataks 95229, принадлежащего к группе углистых хондритов.

Поскольку за пределами нашей планеты жизнь пока не обнаружена, гипотеза химической эволюции, гласящая, что появлению живых организмов на Земле предшествовал этап эволюции органического вещества, возникшего, в свою очередь, из неорганической материи посредством самосборки и автокатализа, остается пока самой привлекательной. После «нобелевского» открытия каталитических свойств у молекул РНК в начале 80-х она приобрела уже статус хорошо разработанной теории: невероятно сложным ДНК-РНК-белковым структурам, вероятность самозарождения которых действительно очень мала, предшествовал, по всей видимости, РНК-мир, где более короткие, простые и полностью автономные рибонуклеиновые кислоты выполняли, подобно молекулярным автоматам, функции по накоплению и переносу информации в процессе саморепликации.

Важнейший вопрос, как возникли сами РНК, независимо от его решения всегда подразумевает наличие резервуара, поставлявшего простые молекулярные блоки для сборки сложных полимерных ансамблей рибонуклеиновых кислот.

Но откуда брались эти блоки? Похоже, что на этой стадии расследования земной отрезок химической эволюции жизни заканчивается.

Часть строительного материала – органические молекулы разной степени сложности – действительно могла поставлять сотрясаемая молниями атмосфера молодой Земли. Модель этого процесса была воссоздана еще в конце 50-х в знаменитом опыте Миллера-Юри, с помощью электрических разрядов получивших несколько простейших аминокислот из газовой смеси метана, водорода, аммиака и монооксида углерода. Однако другая и даже более разнообразная часть органического сырья могла поступать извне. Сторонники этой версии, не устающие напоминать, что как ближний, в пределах Солнечной системы, так и дальний космос изобилует углеродным сырьем самого широкого ассортимента, от простейшего метана до аминокислот, имеют на руках очень сильный козырь – углистые хондриты, метеориты, нашпигованные органикой космического происхождения.

Так, в экстрагированном из метеорита Мурчисон, упавшего в Австралии в 1969 году, сложном комплексе органических соединений, напоминающем по структуре земные керогены, были идентифицированы аминокислоты, имеющие в составе до 9 атомов углерода.

Из них 8 аминокислот имели аналоги в земной биосфере (для сравнения, аминокислоты, полученные Миллером и Юри, содержали не более трех атомов углерода).

Из того же метеоритного вещества был выделен комплекс полиароматических углеводородов (ПАУ), широко распространенных, как показали наблюдения, в видимой Вселенной. А согласно одной из теорий химической эволюции, стартовыми строительными блоками для РНК были именно они.

Поначалу из-за того, что ПАУ почти не растворяются в воде, метеоритный вклад в рождение РНК казался маловероятным. Однако выяснилось, что в результате воздействия солнечного ультрафиолета внешние атомы водорода в кольцах ПАУ могут быть отщеплены и заменены на гидроксильную группу, благодаря которой они, подобно липидам, могут самоорганизовываться в длинные регулярные структуры. В таких структурах расстояние между кольцами ПАУ в точности равно расстоянию между смежными азотистыми основаниями в молекулах РНК (0,34 нм). Собственно, присоединение пиримидиновых и пуриновых азотистых оснований, ключевых компонентов и переносчиков информации РНК, к кольцам ПАУ и стало, согласно этой теории, следующей стадией рождения РНК.

Если метеорит Мурчисон наряду с похожими хондритами предоставил достаточно сведений для обкатки гипотезы о космическом происхождении пребиотической углеродной органики, то Grave Nunataks 95229, тоже углистый хондрит, но принадлежащий к другой подгруппе, вдохновил исследователей из Аризонского университета сформулировать в своей статье, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences, предварительные соображения о метеоритных поставках на Землю другого ключевого компонента химической эволюции – азота. Комплекс органических соединений, экстрагированный из метеоритного вещества, был подвергнут гидротермальной обработке в режиме, предположительно сходном с тем, что существовал на молодой Земле. Результатом стало выделение из образца неожиданно большого количества аммиака.

Считалось, что органические квазикерогеновые комплексы, содержащиеся в углистых метеоритах, не оставляют возможности для выживания каких-либо молекулярных прекурсоров аммиака, однако изотопный анализ образца показал, что азот в метеорите – точно не земного происхождения, поэтому и здесь теорию пришлось подправить.

Сошлись на том, что образование подобных углистых комплексов шло при низких космических температурах в газопылевых туманностях и протопланетных дисках, а если конденсация углеводородных макромолекул происходит в богатой аммиаком среде (а такие аммиачные газо-пылевые облака наблюдаются в видимой части Вселенной довольно часто), то в итоговый «комок» могут вкрапляться аминовые группы, которые при нагревании и «выпускают» аммиак.

Однако делать вывод о метеоритном происхождении современного атмосферного азота было бы неправильно.

Действительно, большое количество инертного азота – результат фотохимического разложения аммиака, содержавшегося в атмосфере молодой Земли (по той же причине азот доминирует и в атмосфере Титана, спутника Сатурна). Однако откуда он туда попал, притом в таких больших количествах, – вопрос не такой уж важный для истории. Важно, что, по всей видимости, именно «аммиачные» метеориты, активно бомбардировавшие молодую Землю 3,5 млрд лет назад, поддерживали его уровень в атмосфере достаточно долго, чтобы компенсировать редуцирующее действие ультрафиолета и дать азоту в активной форме NH3 участвовать в образовании органических кирпичиков – пуриновых (аденин и гуанин) и пиримидиновых оснований (цитозин, урацил и тимин).

Кстати, некоторые из них тоже удалось синтезировать в колбе с молниями.

Впрочем, космическая химическая фабрика может опять показать свое превосходство. Настоящей сенсацией стало бы обнаружение азотистых оснований в самом метеоритном материале, подобно тому, как в нем обнаружили аминокислоты. Тогда-то на улице экзобиологов и будет настоящий праздник.