Асимметрия биологических молекул может иметь космическое происхождение

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.

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.