Хиральность на мокром месте

Недолгий по астрономическим меркам контакт органических молекул с жидкой водой внутри древних астероидов мог значительно усилить асимметрию между их энантиомерами (зеркальными изомерами). Возможно, именно по этой причине земная жизнь предпочитает «левые» аминокислоты. Просто в своё время их на Землю выпало больше – с метеоритами.

Почему земная жизнь предпочла для строительства белков «левые» аминокислоты, а для питания «правые» сахара – большая загадка. Ведь с точки зрения химии «правые» и «левые» молекулы абсолютно равноправны – до тех пор, конечно, пока реагируют с такими же молекулами, как и они сами. Химические реакции объясняются, в конечном счёте, электромагнитным взаимодействием электронов на внешних уровнях атомов, а электромагнитным силам – что сено, что солома – всё равно. Электродинамика симметрична по отношению к преобразованиям чётности; в отличие, например, от слабого ядерного взаимодействия, различающего лево и право.

Конечно, сейчас у «правых» аминокислот шансов нет – вся земная жизнь построена на «левых» молекулах. Но ведь должна же была эта жизнь когда-то возникнуть. Неужели везде, где она появлялась, левых молекул было больше? И если да, то почему.

Объяснений предложено немало.

Одна из возможных причин асимметрии – ранняя метеоритная бомбардировка Земли ещё на заре её существования как отдельной планеты.

Ещё в конце прошлого века учёные показали, что в некоторых древних метеоритах левых аминокислот и вправду больше, чем правых. Эти результаты до конца так и не были приняты: многих специалистов так и не убедили доводы, согласно которым наблюдаемая асимметрия – реликтовая и не вызвана долгим нахождением на «левой» Земле. Однако даже если принять метеоритную гипотезу, она лишь перемещает проблему возникновения асимметрии с Земли в другие области Солнечной системы.

Дэниел Глейвин и Джейсон Дворкин из Годдардовского центра NASA проанализировали состав шести метеоритов из класса углистых хондритов, найденных в Антарктиде и Австралии. Результаты этого анализа опубликованы в последнем номере Proceedings of the National Academy of Sciences.

Среди образцов оказался и метеорит Мурчисон.

В нём «левых» молекул аминокислоты изовалина оказалось больше, чем правых, на 18% (+/- 3%).

Это рекордное значение асимметрии, известное науке на сегодня. В другом метеорите – Оргейл – хиральная асимметрия составила 15% (+/- 4%), в остальных – меньше.

Затем учёные сопоставили степень асимметрии с отношением концентрации двух других аминокислот – β-аланина и α-аминоизомасляной кислоты. Это отношение считается маркером степени модификации метеоритного вещества за счёт контакта с жидкой водой. Как оказалось, чем сильнее вода изменила химический состав углистых хондритов, тем больше была и асимметрия в пользу «левых» аминокислот.

По мнению Глейвина и Дворкина, вполне возможен следующий сценарий. Исходную асимметрию в доли процента спровоцировало облучение метеоритного вещества или протопланетного облака ультрафиолетовым излучением с каким-то преимущественным направлением круговой поляризации. Поляризованный по кругу звёздный свет широко распространен в Галактике за счёт наличия сильных магнитных полей у многих молодых и химически пекулярных звёзд.

Как показали прежние эксперименты в лаборатории, ультрафиолетовое излучение, поляризованное по кругу, разрушает «правые» изомеры некоторых аминокислот (например, лейцина – лабораторных данных по изовалину нет) чуть более эффективно, чем левые. Противоположная круговая поляризация, естественно, чуть более охотно разрушает «левые» изомеры.

Однако вероятности фотолитического процесса отличаются, в зависимости от хиральности органических молекул, на крохотные доли процента, и для появления 18-процентной асимметрии надо разрушить больше 99,5% исходных молекул. Такое вряд ли возможно.

Глейвин и Дворкин уверены, что тут-то в работу и вступает взаимодействие с жидкой водой.

Когда-то давно, на заре существования нашей Солнечной системы, недра первых астероидов и планет согревал распад нестабильных изотопов с относительно небольшим – от сотен до десятков тысяч лет временем полураспада; это, в первую очередь, изотопы алюминия-26 и железа-60. Именно в это время внутри астероидов и появились первые крохотные капельки жидкой воды, растопленной радиоактивным теплом. Следы взаимодействия с ней мы до сих пор видим в углистых хондритах.

Именно тогда, полагают два специалиста NASA, исходная асимметрия в доли процента и была усилена до десятков процентов, которые мы сейчас можем измерить в некоторых метеоритах.

Правда, каким образом жидкая вода способствовала усилению исходной асимметрии, учёные не поясняют.

Корреляция, даже куда более сильная, чем та, что показана на рисунке выше, – не доказательство причинно-следственной связи. Но она явно подсказывает, в каком направлении искать ответ на вопрос о происхождении хиральности жизни. В этих поисках очень пригодился бы эксперимент, моделирующий эволюцию зеркальной асимметрии при контакте с жидкой водой. Хочется надеяться, что в ближайшее время кто-нибудь на него сподобится.