`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Леонид Бараш

Асимметрия биологических молекул может иметь космическое происхождение

+810
голосов

Некоторые молекулы существуют в двух формах, которые зеркально симметричны: они известны как киральные молекулы. На Земле биологические киральные молекулы, в частности, аминокислоты и сахара существуют только в одной форме – либо левовращающие (L), либо правовращающие (D). Почему жизнь первоначально предпочла одну форму другой?

Консорциум нескольких групп французских ученых, возглавляемый старшим исследователем Луи д’Эндекуром (Louis d'Hendecourt) из Института космической астрофизики, впервые получила избыток левовращающих молекул в условиях, которые воспроизводили таковые в межзвездном пространстве. Результаты поддерживают гипотезу, что асимметрия биологических молекул на Земле имеет космическое происхождение.

Киральными называются молекулы, которые существуют в двух формах (энантиомеры), являющихся зеркальными отображениями друг друга (примером киральной симметрии могут служить руки, да и само слово «киральный» произошло от греческого kheir через латинское chiro, что значит «рука»). Биологические молекулы в большинстве своем киральны, при этом одна форма преобладает над другой. Например, аминокислоты, которые состоят из белков, существуют только в левовращающей форме. С другой стороны, сахара, присутствующие в ДНК живых организмов, являются исключительно правовращающими. Это свойство биологических молекул называется гомокиральностью.

Каково же происхождение такой асимметрии в биологических материалах? Имеются две конкурирующие гипотезы. Одна постулирует, что жизнь произошла из смеси, равно содержащей обе формы молекул (рацемическая смесь), и гомокиральность возникла в процессе эволюции. Другая предполагает, что асимметрия, приведшая к гомокиральности, предшествовала возникновению жизни и имела космическое происхождение. Это поддерживалось нахождением избытка L-аминокислот в первичных метеоритах. Согласно этому сценарию, эти аминокислоты были синтезированы не-рацемически в межзвездном пространстве и затем доставлены на Землю кометными гранулами и метеоритами.

Чтобы придать больший вес этой гипотезе, исследователи впервые воспроизвели аналоги межзвездного и кометного льда в лаборатории. Новым аспектом этих экспериментов было облучение льда ультрафиолетовым излучением с круговой поляризацией, что, предположительно, воссоздавало условия, встречающиеся в некоторых областях космического пространства. Когда лед был расплавлен, получился органический осадок. Детальный анализ этой смеси обнаружил, что она содержала значительное превышение киральной аминокислоты – аланина. Этот избыток, который превышал 1,3%, был сравним с измеренным в первичных метеоритах. Это первый сценарий, который объясняет происхождение асимметрии на основе эксперимента, воспроизводящего полностью естественный синтез.

Асимметрия биологических молекул может иметь космическое происхождение

Пучок ультрафиолетового света с круговой поляризацией проходит через газовый фильтр, наполненный ксеноном

Результаты укрепляют гипотезы о том, что происхождение гомокиральности является предбиологическим и космическим. Согласно этому сценарию, доставка внеземного органического материала, содержащего энантиомерический избыток, синтезированный асимметрическим астрофизическим процессом (в данном случае ультрафиолетовым облучением), является причиной асимметрии биологических молекул на Земле.

+810
голосов

Напечатать Отправить другу

Читайте также

В русском и украинском языка термин обычно начинается с "х": хиральность. Спорная, но исторически сложившаяся особенность трактовки древнегреческих текстов.
К сожалению, эксперимент французских ученых (далеко не первый такого рода эксперимент) не дает ответа на вопрос - он переводит его в другую плоскость. Оптически активные молекулы могли появиться под действием анизотропного излучения... которое могло возникнуть только в анизотропной среде... которая для возникновения требует анизотропных факторов...и ad infinitum. Хотя сам по себе эксперимент по оптической индукции довольно интересен.
Наличие в космическом веществе оптически активных соединений доставляет, но тоже не принципиально (собрать все, взвесить, нормировать - поровну вращения в разные стороны или нет?).
В добавок, нет ответа на вопрос - а принципиальна ли для жизни оптическая активность? для единственной нам известной - да. Ну и что?
Есть альтернативные варианты появления гомохиральной жизни. Например: был себе черный курильщик, около которого формировались органоминеральные везикулы. Поверхность везикул имеет каталитическую активность (известный факт мицеллярного катализа). Т.е почти мембрана. Катализаторы обычно (не всегда) хироспецифичны (есть причины). И было их поровну, левых и правых... из-за изотропности среды. После катастрофы (в математическом смысле) и формирования на основе сих везикул первичной недожизни ее было немного - и выжила т.е. съела другую, только левая (или правая, если угодно) половина (легко согласиться, что была она - первичная - малопереборчива). Аналогично тому как при удачном стечении обстоятельств после обработки антибиотиком в популяции бактерий (или опухоли) остается клон только одной клетки - той самой, что имела нужный фермент. Такие зеркальные кости рока.
Кстати, у Лема теория возникновения левовращения тоже вполне правдоподобна.
А насчет анизотропных областей интересно. Изучаем поляризацию космического излучения (уже довольно много изучено). Усредняем. Оцениваем. А вдруг мы и в самом деле живем в левом мире? И где-то рядом - правый. В хорошем смысле слова.

прикольно, аж страшно))) попробую и я с позиций гуманитарного креативизма в этот вечер, ггг:
мы живем в мире, в котором существуют только квазиэргодические системы. это известно точно, и никого не удивляет. хиральность вполне можно объяснить применением вариационного принципа при создании программ, которые мы считаем живыми. причем, применение вариационного принципа для объяснения единственно известного нам результата обеспечивается просто большей вероятностью такой флуктуации (в математическом смысле), чем получении того же результата в результате эволюции (пожирания). пожирать есть смысл только вкусное, себе подобное.

"применение вариационного принципа для объяснения единственно известного нам результата обеспечивается просто большей вероятностью такой флуктуации" - есть такое понятие "неконструктивный подход". Таким образом можно объяснить все что угодно. Дальше что?
"пожирать есть смысл только вкусное, себе подобное" хороший принцип при наличии холодильника. Обычные почвенные бактерии пожирают фенол (традиционное забойное бактерицидное средство). В почвах рядом с коксохимическими производствами существуют ценозы, поглощающие бенз[a]пирен. Если концентрация отравы невелика, пожирают полихлорированные диоксины. Без особого труда микроорганизмы потребляют и "неправильные" сахара. Включают в обмен мышьяк вместо фосфора (sic!). Есть веские основания полагать, что неизбежно попадающая (или может быть попадающая...) на планету внешняя жизнь съедается (будет съедена) очень быстро. В крайнем случае, через несколько тысяч поколений бактерий уж точно.
Голод - не тетка. Сьешь ты - или съедят тебя. Мораль в микромире очень конкретна.
"при создании программ, которые мы считаем живыми" слушне зауваження. Видимо, цитата? Увы, я не знаком. Мы можем считать живое - программами. Можем считать продуктом чудесного творения (Со светлым Праздником!). Имеет смысл тот расчет, который позволяет прогнозировать поведение системы. Вам знакомы примеры прогноза поведения ценоза (предбиотического?) на основании алгоритмического подхода? Не аналогий, а прогноза? так что замнем для ясности. Ну и гуманитарное:
"Природа - сфинкс, и тем она верней
Своим искусом губит человека,
Коль, может статься, никакой от века
Загадки нет и не было у ней"

Предложенный мною подход как раз вполне реализуется на алгебраических системах, в которых гарантируется вычислимость в условиях комбинаторного взрыва(т.е. построение). Предложенная модель определяет архетип (т.е. не что угодно).
"Себе подобное" в общепринятом смысле, вообще-то, это инварианта энергетической эффективности, вот мораль в микромире потому не просто конкретна, а предельно просто строится с помощью дихотомий (матрица выбора 2х2). Здесь - в контексте моего троллизма шютка, учитывая наш предыдущий топик и мой статус гуманитария.
Про программы это не цитата, не о формальном определении, а навеяно: что это, как не просто правильно написанная программа?
Ну и о гуманитарном (подход профана). Что блог о предбиотическом ценозе я только что прочитал у Вас. Мне, конечно, неизвестны такие модели, но при необходимости я бы легко (в математическом смысле) построил такой алгоритм, не гарантирующий, правда, остановку)))
Да и надо различать: алгоритмический и каузальный с полным описанием (для последнего вполне подходит имитационная модель на молекулах). Навскидку, если бы у меня была такая задача, я бы генерировал требуемую модель (алгоритм на преобразованиях) так:
- метаонтология, функциональные и сетевые онтологие в системе дискриптивной логики (гарантируем построение и вычислимость), метамодель - таксономия, классификации состояний, шкалы измерений. Время модели - упорядоченное множество состояний. На ее основе строится иерархическая модель (єто и есть реализация вариационного принципа), аспекты-систематика определяются метамоделью, например, начальная модель:
- надсистема среды, объекта с дуальными (консервативная подсистема - модель) подсистемами, реализующими: энергетический процесс, управляющий процесс, рефлексию подсистем нижнего уровня;
- элементы подсистем - строятся по тому же принципу, глубина иерархии адаптивная. Признак останова - вычисление с необходимой точностью ограничений по введёнными шкалам. Обратная связь (коррекция метамодели) - при возникновении запрещённых состояний.
- модель эволюционирует до момента, пока время не становится детерминированным.
Замечания. 1) Учитываем, что я все-таки не специалист 2) Не знаю, как для предбиотического, но для экономического ценоза прогностическую модель получить можно 4) По моим ощущениям, каузальный алгоритмический подход для именно предбиотического ценоза запрещен из-за физических эффектов квантования, та самая проблема начальных условий, информационного обеспечения модели, гарантирующая необратимость времени даже при механическом движении. Когда сможем предсказывать, в какую именно из двух щелей будет пролетать электрон, сразу же все разрешиться. Т.е. проблема не в модели именно ценоза 4) Если мне чего-то неизвестно, это не значит что его нет. По стандарту "модель - формальное описание, необходимое для решения задач". НАСА периодически решения задач с некоторой точностью, требующие моделирование для условия возле холодных звёзд выдаёт. У меня есть подозрение, что от нас просто скрывают примеры по религиозным соображениям. 5) Собственно, написанное выше уже само по себе явдяется алгоритмом для предсказания ценоза (правда, пока пребиотического на прозе). Реально, конечно, очень класно, что хоть кто-то работает над серьезными проблемами на уровне (это я про инжинеров).

Как Вы понимаете, все что выше – шутка. Но вполне содержательная имхо. Со Светлым Праздником и Вас.

я Вас немного разочарую - любой живой организм НЕ является эргодической системой...
и это, увы, абсолютно точно

эргодических систем (в первоначальном смысле) вообще НЕ существует. просто сейчас квазиэргодические иногда называют эргодическими, не очаровывался я

Следует ли понимать что Земля не считаетмся частью Космоса и всё что происходит на Земле находится в несоответствии с остальной Вселенной?

Просмотрел из интереса оригинальную статью (http://iopscience.iop.org/2041-8205/727/2/L27/fulltext).
Вот вам мой пересказ.
В некоторых звездных скоплениях много поляризованного света. Его фотоны подчиняются, так сказать, правилу буравчика. Еще в 1897 г. высказана была гипотеза, что это явление может быть ответственно за киральную ассиметрию в молекулярно-биологическом мире, но проверить ее из-за технических трудностей все никак не удавалось. Теперь проверили и удостоверились: действительно, при растапливании кристаллов с идеально симметричной структурой таким светом образуется смесь веществ, в которой киральное равновесие на пару процентов нарушено. Авторы даже полагают, будто из их результата можно вывести, что Солнечная система родом из одного из таких звездных скоплений.

так сказать мнемоническое "Пра́вило бура́вчика" или "правило правой руки" — правило для определения направления вектора угловой скорости, характеризующей скорость вращения тела, а также вектора магнитной индукции B или для определения направления индукционного тока.

звучит Правило буравчика так: «Если направление поступательного движения буравчика (винта) совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением вектора магнитной индукции».

Как мы видим Правило буравчика относится к области электродинамики -- расскажите как фотоны ложатся на эту мнемонику?

Если Вы что-то пресказываете, то не стоит излишне импровизировать иллюстрируя пересказ - про фотоны, подчиняющиеся правилу буравчика тут ни слова:

The delivery of organic matter to the primitive Earth via comets and meteorites has long been hypothesized to be an important source for prebiotic compounds such as amino acids or their chemical precursors that contributed to the development of prebiotic chemistry leading, on Earth, to the emergence of life. Photochemistry of inter/circumstellar ices around protostellar objects is a potential process leading to complex organic species, although difficult to establish from limited infrared observations only. Here we report the first abiotic cosmic ice simulation experiments that produce species with enantiomeric excesses (e.e.'s). Circularly polarized ultraviolet light (UV-CPL) from a synchrotron source induces asymmetric photochemistry on initially achiral inter/circumstellar ice analogs. Enantioselective multidimensional gas chromatography measurements show significant e.e.'s of up to 1.34% for (13C)-alanine, for which the signs and absolute values are related to the helicity and number of CPL photons per deposited molecule. This result, directly comparable with some L excesses measured in meteorites, supports a scenario in which exogenous delivery of organics displaying a slight L excess, produced in an extraterrestrial environment by an asymmetric astrophysical process, is at the origin of biomolecular asymmetry on Earth. As a consequence, a fraction of the meteoritic organic material consisting of non-racemic compounds may well have been formed outside the solar system. Finally, following this hypothesis, we support the idea that the protosolar nebula has indeed been formed in a region of massive star formation, regions where UV-CPL of the same helicity is actually observed over large spatial areas.

...

Увы я так и не получил ответа на вопрос "Следует ли понимать что Земля не считается частью Космоса и всё что происходит на Земле находится в несоответствии с остальной Вселенной?"
Читая заголовок невольно понимаешь, что грешная Земля такое не способна отворить...

Метафора буравчика (вольная, зато компактная) возникла из иллюстрации к статье, изображающей вокруг траектории полета фотонов с правой круговой поляризацией характерные окружности со стрелочками.

Ответ же на ваш вопрос таков: лабораторный опыт воспроизвел процесс воздействия поляризованных фотонов на вещество, имеющий место в отдаленных от Земли звездных скоплениях, где много поляризованного света. Далеко в космосе. Поэтому и написано в заголовке о космическом происхождении. Т.е. с заголовком ситуация примерно как с евроокнами, окрещенными у нас так за своё далекое европейское происхождение (несмотря на то, что Украина - тоже Европа).

в шутку.

Будет ли релевантным привести простую и понятную метафору право/лево закрученных «стружек» (т.е. в терминологии исследователей - молекул), преимущественно образующихся при сверлении право/лево-резьбовыми «сверлами» (т.е. фотонами) неполяризванной «болванки» (т.н. кристалла)?
Едва ли кто-то этому факту хоть как то удивится...

Вот только остается непознанным откуда в Космосе берутся области заселенные право/лево-закрученные «свёрлами» (т.е. фотонами)?

ВСЕРЬЁЗ.

Как в Космосе возникает поляризованное излучение - ведь свет звезд, являющийся тепловым излучением, не имеет поляризации?

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT