Исследовательская группа под руководством ученых воспользовалась ограничениями химических комбинаций и составила кулинарную книгу, содержащую сотни рецептов, которые потенциально могут дать начало жизни. Жизнь на далеких планетах – если она существует – может совершенно отличаться от жизни на Земле. Но в запасниках Вселенной не так много химических ингредиентов, и не так уж много способов их смешать. Группа исследователей под руководством ученых из Университета Висконсин-Мэдисон воспользовалась этими ограничениями и составила кулинарную книгу из сотен химических рецептов, которые потенциально могут дать начало жизни.
Жизнь требует повторения химических реакций. Описание типов реакций и условий, необходимых для самоподдерживающихся повторений, называемых автокаталитическими реакциями, могло бы позволить нам сосредоточить наши поиски жизни на других планетах. Источник: Бетюль Качар.
Их списки ингредиентов составили рецепт, указав наиболее вероятные условия — планетарную версию методов смешивания, температуры в духовке и времени выпечки — которые сосредоточили внимание на поиске жизни в других частях Вселенной.
По словам исследователей, от основных химических ингредиентов до сложных циклов клеточного метаболизма и воспроизводства жизнь определяется не просто началом, а повторением.
Бетюл Качар, астробиолог, поддерживаемый НАСА, и профессор бактериологии Вашингтонского университета в Мэдисоне, считает, что зарождение жизни действительно является процессом с нуля. Но «создание чего-то из ничего» не может произойти только один раз. Жизнь в конечном итоге зависит от химии и условий, которые создают самовоспроизводящуюся модель реакции».
Химические реакции, в результате которых образуются молекулы, вызывающие неоднократное повторение одной и той же реакции, называются автокаталитическими реакциями. В новом исследовании, опубликованном 18 сентября в Журнале Американского химического общества, Чжэнь Пэн, научный сотрудник лаборатории Качара, и его коллеги собрали 270 молекулярных комбинаций, включающих атомы всех групп и серий периодической таблицы, которые обладают потенциалом для устойчивого автокатализа.
«Такие реакции считаются очень редкими», — сказал Качар. «Наши исследования показывают, что такая реакция на самом деле не редкость. Просто нужно искать в правильных местах».
Исследование исследователей было сосредоточено на так называемых пропорциональных реакциях. В этих реакциях два соединения, содержащие один и тот же элемент, но разное количество электронов или реакционных состояний, объединяются, образуя новое соединение, в котором элемент находится в середине исходного реакционного состояния.
Чтобы быть автокаталитическим, результат реакции также должен предоставить исходный материал для повторения реакции, чтобы результат стал новым входом, говорит соавтор исследования Зак Адам, геолог из Университета Висконсин-Мэдисон, который изучает происхождение жизни на Земле. Реакции соотношения производят множественные копии некоторых родственных молекул, предоставляя материал для следующего этапа автокаталитической реакции.
«Если условия подходящие, вы можете начать с относительно небольшого объема производства», — сказал Адам. «Каждый раз, когда вы выполняете цикл, вы выдаете как минимум один дополнительный результат, что ускоряет реакцию и заставляет ее происходить быстрее».
Автокатализ подобен растущему стаду кроликов. Пары кроликов собираются вместе и рожают новых кроликов, а затем новые кролики вырастают, образуют пары самостоятельно и рожают еще кроликов. Кроликов не нужно слишком много, и скоро их станет больше.
Однако поиск во Вселенной висячих ушей и пушистых хвостов может оказаться не выигрышной стратегией. Вместо этого Качар надеется, что химики возьмут некоторые идеи из списка рецептов нового исследования и опробуют их на кастрюлях и сковородках моделируемой инопланетной кухни.
«Мы никогда не узнаем точно, что произошло на этой планете, что привело к возникновению жизни. У нас нет машины времени», — сказал Качар. «Но в пробирке мы можем создать различные планетарные условия, чтобы понять, как впервые развились силы, поддерживающие жизнь».
Качар возглавляет поддерживаемый НАСА консорциум под названием MUSE, «Использование металлов и варианты будущего альянса». Ее лаборатория будет сосредоточена на реакциях с участием таких элементов, как молибден и железо, и ей не терпится увидеть, что другие готовят из самых странных и необычных разделов новой книги рецептов.
Карл Саган сказал, что если вы хотите испечь пирог с нуля, сначала вам нужно создать вселенную, сказал Качар. «Я думаю, если мы хотим понять вселенную, сначала нам нужно испечь несколько пирогов».