Происхождение жизни: горячий старт?

ДНК является синонимом жизни, но где она возникла? Один из способов ответить на этот вопрос заключается в том, чтобы попытаться воссоздать условия, в которых сформировались молекулярные предшественники ДНК. Этими предшественниками являются кольцевые структуры углерода со встроенными атомами азота, ключевые компоненты нуклеиновых оснований, которые сами по себе являются строительными блоками двойной спирали.

Теперь исследователи из Лоуренсовской национальной лаборатории в Беркли (Berkeley Lab) и Гавайского университета в Маноа впервые показали, что космические горячие точки, такие как возле звезд, могут быть отличной средой для создания таких азотосодержащих молекулярных колец.

В новой статье в Astrophysical Journal команда описывает эксперимент, в котором она воссоздала условия вокруг богатых углеродом умирающих звезд, чтобы найти пути формирования этих важных молекул.

«Впервые были рассмотрены горячие реакции, подобные этой», - сказал Мусаид Ахмед (Musahid Ahmed), ученый из Отдела химических наук в Berkeley Lab. Образование атомами углерода азотосодержащих колец является сложным процессом, говорит он. Но эта новая работа демонстрирует возможность фазовой реакции горячего газа, то, что Ахмед называет «космическое барбекю».

На протяжении десятилетий астрономы направляли телескопы в космос, чтобы найти сигнатуры этих азотосодержащих двойных углеродных колец, называемых хинолины, объясняет Ахмед. Они сосредоточены, в основном, в пространстве между звездами, или в межзвездной среде. Хотя звездная среда считалась вероятным кандидатом для формирования углеродных кольцевых структур, никто не затратил много времени в поисках там азотсодержащих углеродных колец.

Для воссоздания условий вблизи звезды Ахмед, его давний соратник Ральф Кайзер (Ralf Kaiser), профессор химии в Гавайском университете, и их коллеги обратились к синхротронному источнику света Advanced Light Source (ALS), находящегося в Berkeley Lab.

На ALS исследователи использовали устройство, называемое горячее сопло, ранее успешно примененного для подтверждения образование сажи при горении. В настоящем исследовании горячее сопло предназначалось для имитации давления и температуры в звездных средах богатых углеродом звезд. В горячее сопло исследователи вводили газ, состоящий из азотосодержащих однокольцевых молекул углерода и двух коротких углеводородных молекул, называемых ацетилен.

Затем, используя синхротронное излучение от ALS, команда исследовала горячий газ, чтобы увидеть, какие образуются молекулы. Они обнаружили, что при 700 К сопло превратило первоначальный газ в газ азотсодержащих кольцевых молекул, называемых хинолон и изохинолин, что считается следующим шагом в плане сложности.

«Для этой реакции существует энергетический барьер, и вы можете превысить этот барьер вблизи звезды или в нашей экспериментальной установке, - сказал Ахмед. - Это говорит о том, что мы в настоящее время можем начать искать эти молекулы вблизи звезд».

Эти эксперименты дают убедительные доказательства, что ключевые молекулы хинолона и изохинолина могут быть синтезированы в таких горячих средах, а затем выбрасываться со звездным ветром в межзвездную среду, отметил проф. Кайзер.
«Будучи выброшенными в пространство, в холодные молекулярные облака, эти молекулы могут затем конденсироваться на холодных межзвездных наночастицах, где они могут подвергаться определенным процессам и функционализации, - добавил проф. Кайзер. - Эти процессы могут привести к более сложным, биорелевантным молекулам, таким как нуклеотиды, что имеет решающее значение для формирования ДНК и РНК».

Это составное изображение взрыва звезды, полученное космическим телескопом «Хаббл» в марте 1997 г.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365