Kosmose gali susiformuoti vienas iš gyvenimo elementų


Peptidai yra viena iš mažiausių biomolekulių ir yra vienas iš svarbiausių gyvybės elementų. Nauji tyrimai rodo, kad jie gali susidaryti ant ledinių grūdelių paviršių erdvėje. Šis atradimas patvirtina mintį, kad meteoroidai, asteroidai ar kometos galėjo suteikti gyvybei Žemėje pradžią, atsitrenkę į planetą ir pristatydami biologinius statybinius blokus.

Peptidai yra trumpos aminorūgščių grandinės, o aminorūgštys yra baltymų statybinė medžiaga. Kai peptidai susijungia į grandinę, jie vadinami polipeptidais. Polipeptidų grandinė, ilgesnė nei maždaug 50, yra baltymas. Kartais peptidai vadinami „trumpesniais baltymų pusbroliais“. Baltymai yra didesnės biomolekulės, kurios atlieka daug svarbių biologinių vaidmenų, todėl be peptidų nebūtų nei baltymų, nei gyvybės. Kiekvienoje ląstelėje ir visuose kūno audiniuose yra peptidų.

Daugumos nuomone, Emilis Fišeris XX amžiaus pradžioje atrado peptidus ir peptidinį ryšį. 1902 metais laimėjo Nobelio chemijos premiją. Fischeris manė, kad ateis diena, kai mokslininkai galės panaudoti peptidų mokslą baltymams sintetinti. Dabar gyvename nuolatinio peptidų atradimo ir sintezės amžiuje, dėl kurio atsiranda daugiau nei 80 naujų gydymo būdų kurie gydo daugybę ligų. Peptidai yra labai svarbūs, o jų naudojimas yra plačiai paplitęs. Jų atradimas padėjo įžengti į amžių, paženklintą mūsų biologinių procesų supratimo protrūkiu.

Jų atradimas erdvėje gali padėti suprasti gyvybės kilmę.

Seka, kurioje aminorūgštys ir peptidai susijungia ir sudaro organines ląsteles.  Kreditas: peptidesciences.com
Seka, kurioje aminorūgštys ir peptidai susijungia ir sudaro organines ląsteles. Kreditas: peptidesciences.com

Peptidai turėjo kažkur atsirasti. Pastaraisiais metais mokslininkai kosmose atrado kitų statybinių blokų, tokių kaip aminorūgštys. Astronomai rado aminorūgščių meteorituose, kurie nukrito į Žemę, ir jie atrado glicinas kometoje kartu su amonio druskos ir alifatiniai junginiai. Dabar atrodo, kad galime įtraukti peptidus į natūraliai kosmose pasitaikančių organinių statybinių blokų sąrašą.

„Nuostabu, kad sudėtingos organinės molekulės egzistuoja tankesniuose regionuose tarp žvaigždžių, protoplanetiniuose diskuose, primityviuose meteorituose ir kometose.

Thomas Henning, tyrimo bendraautorius, MPIA.

Jei šis naujas tyrimas yra tikslus, natūralūs procesai erdvėje gali sukurti pagrindinius ikibiologinius statybinius blokus. Tai rodo, kad gyvybės atsiradimo galimybė gali būti plačiai paplitusi ir kad bet kuri derlinga planeta ar mėnulis greičiausiai buvo pasėtas šiais statybiniais blokais.

Tyrimą atlieka Jenos universiteto ir Maxo Plancko astronomijos instituto mokslininkai. Popierius yra “Kelias į peptidus erdvėje per atominės anglies kondensaciją. Pagrindinis autorius yra Serge’as Krasnokutskis, o straipsnis paskelbtas žurnale Nature Astronomy.

„Nuostabu, kad sudėtingos organinės molekulės egzistuoja tankesniuose regionuose tarp žvaigždžių, protoplanetiniuose diskuose, primityviuose meteorituose ir kometose“, – sakė Thomas Henningas, naujo tyrimo bendraautoris ir Maxo Plancko astronomijos instituto direktorius. “Jos gali susidaryti dėl įvairių procesų, vykstančių dujinėje fazėje, ant ledinių grūdų paviršių ir šlapios chemijos ant pirminių meteoritų kūnų.”

Savo darbe mokslininkai nurodo, kad tarpžvaigždinėje terpėje (ISM) yra sudėtingų molekulių. Ankstesni tyrėjai modeliavo ISM sąlygas laboratorijose ir sukūrė tas pačias sudėtingas molekules. Tačiau tokio tipo tyrimams yra riba. “Tačiau iki šiol buvo įrodyta, kad tik santykinai mažos biologiškai svarbios molekulės susidaro eksperimentiškai įprastomis erdvės sąlygomis”, – aiškina jie.

2020 m. mokslininkai aptiko gliciną kometoje 67P/Churyumov-Gerasimenko komoje. Šiame paveikslėlyje Rosetta mokslinė kamera OSIRIS rodo staigų tiksliai apibrėžtos reaktyvinės ypatybės atsiradimą iš kometos kaklo Anuketo regione.  Vaizdo kreditas: ESA / Rosetta / OSIRIS
2020 m. mokslininkai aptiko gliciną kometoje 67P/Churyumov-Gerasimenko komoje. Šiame paveikslėlyje Rosetta mokslinė kamera OSIRIS rodo staigų tiksliai apibrėžtos reaktyvinės ypatybės atsiradimą iš kometos kaklo Anuketo regione. Vaizdo kreditas: ESA / Rosetta / OSIRIS

Šiame tyrime daugiausia dėmesio skiriama lediniams dulkių grūdelių paviršiams, ypač anglies ar silikato atomams, esantiems milžiniškuose molekuliniuose debesyse (GMC). Jei atimsime dominuojančius vandenilio ir helio kiekius GMC, šie atomai sudaro pusę likusios masės. GMC. Anglies ir silikato atomai yra susikaupę į konglomeratus, kurių skersmuo yra mažesnis nei viena milijoninė metro dalis. Jų vieta GMC viduje yra gyvybiškai svarbi, nes žvaigždės ir galiausiai planetos susidaro iš GMC medžiagos. Tai galimo ryšio tarp peptidų ir gyvybės Žemėje ar kitur pradžia.

Šis darbas skiriasi nuo ankstesnio darbo, kurio metu buvo pagamintos mažos biologiškai svarbios molekulės. Peptidai yra aminorūgščių grandinės, todėl jie yra didesni nei anksčiau pagaminti formaldehidai. Šis naujas tyrimas skirtas anglies ir silikato atomų konglomeratų lediniams sluoksniams. Šie sluoksniai suteikia natūralią laboratoriją, kurioje medžiagos prilimpa prie ledo ir glaudžiai liečiasi viena su kita. Toks artumas leidžia cheminėms reakcijoms sudaryti sudėtingesnes molekules.

„Čia eksperimentiškai įrodome, kad anglies atomų kondensacija ant šaltų kietųjų dalelių (kosminių dulkių) paviršiaus sukelia izomerinių poliglicino monomerų (aminoketeno molekulių) susidarymą. Po aminoketeno molekulių susidūrimo jos polimerizuojasi, kad susidarytų skirtingo ilgio peptidai“, – rašo autoriai.

Šis atradimas tvirtai remiasi pagrindinio autoriaus Serge’o Krasnokutskio mokslinėmis pastangomis. Jis domisi anglies atomų, ypač šaltų anglies atomų, randamų erdvėje, chemija. Krasnokutskis sukūrė ir patentavo šaltų anglies atomų gamybos metodą, leidžiantį laboratoriniais eksperimentais dubliuoti sąlygas erdvėje. Dabar šį metodą naudoja laboratorijos visame pasaulyje.

2020 m. Krasnokutskis paskelbė rezultatus, rodančius, kad glicinas, pati paprasčiausia aminorūgštis, gali susidaryti dulkių grūdelių paviršiuje, padedant šaltiems anglies atomams. Jis parodė, kad šioms cheminėms reakcijoms energijos šaltiniui nereikia ultravioletinių fotonų.

Molekuliniai debesys yra didžiuliai žvaigždžių formavimosi regionai.  Šiame paveikslėlyje pavaizduotas Oriono molekulinių debesų kompleksas, aktyvus žvaigždžių formavimosi regionas, esantis už 1000 ir 1400 šviesmečių.  Nauji tyrimai rodo, kad peptidai, vienas iš gyvybės statybinių blokų, gali pradėti veikti šiuose šaltuose regionuose.  Vaizdo kreditas: Rogelio Bernal Andreo – http://deepskycolors.com/astro/JPEG/RBA_Orion_HeadToToes.jpg, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=20793252
Molekuliniai debesys yra didžiuliai žvaigždžių formavimosi regionai. Šiame paveikslėlyje pavaizduotas Oriono molekulinių debesų kompleksas, aktyvus žvaigždžių formavimosi regionas, esantis už 1000 ir 1400 šviesmečių. Nauji tyrimai rodo, kad peptidai, vienas iš gyvybės statybinių blokų, gali pradėti veikti šiuose šaltuose regionuose. Vaizdo kreditas: Rogelio Bernal Andreo – http://deepskycolors.com/astro/JPEG/RBA_Orion_HeadToToes.jpg, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=20793252

“Pavieniai anglies atomai yra stebėtinai reaktyvūs, net esant žemiausioms temperatūroms”, – sakė Krasnokutskis. „Jie veikia kaip „molekuliniai klijai“, sujungiantys molekules ir neorganines medžiagas paverčiantys organinėmis.

Kai susidaro paprastos aminorūgštys, tokios kaip glicinas, kitas klausimas beveik užduoda pats save. Ar šios rūgštys gali susidaryti į ilgesnes peptidų ar baltymų grandines erdvėje?

Vienintelis būdas tai sužinoti buvo sukurti ir atlikti tinkamus eksperimentus. Tyrėjų komandai reikėjo atkartoti pagrindines šaltų anglies atomų sąlygas erdvėje. Jie naudojo metodą, anksčiau sukurtą MPIA laboratorijos astrofizikos grupėje Jenos universitete. Metodas sutelktas į itin didelio vakuumo (UHV) kamerą, kuri sukuria vakuumą, esantį molekuliniuose debesyse ISM.

UHV viduje tyrėjai imitavo ledinių dulkių grūdelių paviršių ir ant jų paviršių nusodino atomus ir molekules. Jie nustatė, kad aminoketenas susidarė ant šalto paviršiaus. Aminoketenas yra glicino, paprasčiausios aminorūgščių, pirmtakas. Jie taip pat rado peptidinių juostų, cheminių jungčių tipo, jungiančių aminorūgštis trumpose peptidų grandinėse, taip pat ilgesnėse baltymų grandinėse, įrodymų.

Šios peptidinės juostos pasirodė tik tada, kai komanda pašildydavo savo mėginius aukščiau molekulinių debesų temperatūros. Taigi jie gali atsirasti natūraliai, kai susiformuoja nauja žvaigždė arba kai dulkių grūdeliai nusėda ant planetos paviršiaus žvaigždės gyvenamojoje zonoje. „Kartu, žemos temperatūros chemija, formuojanti aminoketeną, ir atšilimas, leidžiantis aminoketeno molekulėms susijungti, kad susidarytų peptidas, gali sukurti peptidus ant tarpžvaigždinių dulkių grūdelių“, – sakoma pranešime spaudai.

Komanda atrado naują peptidų susidarymo būdą. Ir tai reikalauja mažiau energijos nei kiti keliai, o tai reiškia, kad tai gali atsitikti natūraliai kosmoso šaltyje. Be to, tam reikia C atomų, anglies monoksido ir amoniako, kurie yra gausiausios molekulių rūšys ISM.

Anglis yra šio, kaip ir visame gyvenime, centre. „Pavieniai anglies atomai inicijuoja turtingą ir įvairią chemiją. Net ir tokiomis sąlygomis, kokios yra kosmose, ta chemija eina kur kas toliau link to, ko reikia gyvybei atsirasti, nei manyta anksčiau“, – sakė Krasnokutskis.

Anglis yra būtina gyvybei ir yra ketvirtas pagal masę gausus elementas Visatoje.  Šiame kometos C/2014 Q2 (Lovejoy) atvaizde anglis padeda sukurti žalią švytėjimą aplink kometą, vadinamą koma.  Vaizdo kreditas: John Vermette – www.johnsastrophotos.com, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=38688394
Anglis yra būtina gyvybei ir yra ketvirtas pagal masę gausus elementas Visatoje. Šiame kometos paveiksle C/2014 II ketvirtis (Lovejoy), anglis padeda sukurti žalią švytėjimą aplink kometą, vadinamą koma. Vaizdo kreditas: John Vermette – www.johnsastrophotos.com, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=38688394

Mokslininkai nustato, kad gyvybės ingredientai yra labiau paplitę, nei jie manė. Atlikdami šį tyrimą nustatėme, kad kai kurie iš šių ingredientų gali susijungti į biologinius blokus mažai tikėtinoje vietoje: stingdančio vakuumo molekuliniuose debesyse ISM. Šių statybinių blokų sudėtingumas didėja atšilus sąlygoms.

Šie rezultatai sustiprina molekulinės panspermijos idėją. Ši idėja sako, kad nors gyvybė yra reta, statybiniai blokai yra plačiai paplitę. Šie statybiniai blokai greičiausiai išplito į kiekvieną planetą ir mėnulį, nors daugumoje pasaulių gyvybė neįmanoma. Jei tai tiesa, greičiausiai gyvybė atsirado daugybėje mėnulių ir planetų visoje Visatoje.

Molekulinė panspermija sako, kad gyvybės statybiniai blokai yra plačiai paplitę Visatoje, net jei pati gyvybė nėra.  Autorius: NASA
Molekulinė panspermija sako, kad gyvybės statybiniai blokai yra plačiai paplitę Visatoje, net jei pati gyvybė nėra. Autorius: NASA

Tačiau tyrimai rodo, kad daugelis pasaulių, nors ir išgyveno tam tikrą gyvenimo laikotarpį, niekada nebuvo tinkami gyventi. Tai reiškia, kad Žemė vis dar yra retenybė, galbūt net unikali.

Tai vienintelė mums žinoma vieta, kur maži statybiniai blokai, sukalti stingdančiame kosmoso vakuume, galiausiai išsivystė į sudėtingą gyvybę, pakankamai protingą, kad galėtų ištirti savo kilmę.

Daugiau: