Понимание эволюции органических молекул в нашей Солнечной системе

Недавно опубликованное исследование ученых из Лаборатории реактивного движения НАСА дает первый прямой взгляд на органическую химию, происходящую с ледяными частицами в холодных уголках нашей Солнечной системы.

Исследователи варят ледяные органические смеси в лаборатории, чтобы имитировать материалы на краю нашей солнечной системы и за ее пределами. Лабораторное оборудование в Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, Калифорния, показано справа, а очень молодая солнечная система с ее вращающимся диском, образующим планеты, показана на эскизе художника слева. Изображение предоставлено НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.

Хочешь ледяной органики с этим? Может быть, не в вашем кофе, но исследователи из Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, Калифорния, создают смеси органических веществ или углеродсодержащих молекул на льду в лаборатории, а затем поражают их лазерами. Их цель: лучше понять, как возникла жизнь на Земле.

Прямой взгляд на органическую химию

В новом исследовании, опубликованном в Astrophysical Journal Letters, исследовательская группа впервые дает прямой взгляд на органическую химию, происходящую с ледяными частицами в холодных областях нашей солнечной системы и в еще более холодных местах между звездами. Ученые считают, что основные ингредиенты жизни, включая воду и органические вещества, начали свой путь на Землю с этих одиноких ледяных частиц. Лед и органика попали бы в кометы и астероиды, которые затем упали на Землю, доставив «пребиотические» ингредиенты, которые могли дать толчок жизни.

Различные шаги, необходимые для перехода от ледяной органики к слизистой плесени, неясны, но новые результаты помогают объяснить, как работает этот процесс. Лабораторные эксперименты показывают, что органический материал может начать обработку, чтобы стать пребиотиком, еще будучи замороженным во льду.

«Самые основные шаги, необходимые для эволюции жизни, возможно, начались в самых холодных регионах нашей Вселенной», — сказал Мурти Гудипати, ведущий автор нового исследования JPL. «Мы были удивлены, увидев, как органическая химия зарождается на льду при очень низких температурах в нашей лаборатории».

Органические вещества, рассматриваемые в исследовании, называются полициклическими ароматическими углеводородами, или сокращенно ПАУ. Эти богатые углеродом молекулы можно найти на Земле в виде продуктов сгорания: например, в ямах для барбекю, в копоти от свечей и даже в выхлопной трубе вашего автомобиля. Их также видели повсюду в космосе в составе комет, астероидов и более далеких объектов. Космический телескоп НАСА Спитцер обнаружил ПАУ в вращающихся дисках, образующих планеты вокруг звезд, в пространствах между звездами и в удаленных галактиках.

Мурти и его коллега Руи Ян из JPL использовали свою лабораторную установку для имитации окружающей среды из ледяных молекул ПАУ в тихом холоде космоса при температуре всего 5 Кельвинов (минус 450 градусов по Фаренгейту или минус 268 градусов Цельсия). Сначала они обстреляли частицы ультрафиолетовым излучением, аналогичным излучению звезд. Затем, чтобы определить продукты химической реакции, они использовали тип лазерной системы, известной как MALDI (для матричной лазерной десорбции и ионизации), которая включает удар по льду как инфракрасным, так и ультрафиолетовым лазерами.

Трансформация ПАУ

Результаты показали, что ПАУ трансформировались: они включили атомы водорода в свою структуру и потеряли круговые ароматические связи, превратившись в более сложную органику. По словам Гудипати, это тип изменений, которые должны были бы произойти, если бы материал в конечном итоге стал аминокислотами и нуклеотидами — кусочками и кусочками белка и ДНК , соответственно.

«ПАУ — это сильные, стойкие молекулы, поэтому мы были удивлены, увидев, что они претерпевают эти химические изменения при таких низких температурах», — сказал Гудипати.

• Еще один бонус для исследования заключается в том, что оно может объяснить загадку того, почему ПАУ еще не были обнаружены на ледяных зернах в космосе.
• В то время как выносливые органические вещества широко распространены в космосе в виде газов и горячей пыли, исследователи по-прежнему были озадачены тем, что их сигнатуры не отображаются на льду.
• Новые данные показывают, что ПАУ, прилипая к поверхности льда, химически превращаются в другие сложные органические вещества, что объясняет, почему их нельзя увидеть.

Хотя новые результаты учат нас, что жизненный путь мог уже начаться в очень холодных регионах Вселенной, остается еще один вопрос: возникло ли оно еще где-то за пределами нашего Солнца? Исследователи не знают, но исследования, подобные этому, помогают продолжающимся поискам жизни за пределами Земли.

Источник

Метки: Астрофизика