Ученые создали «сахарные» межзвездные льды на Земле

Ученые Самарского университета в составе международного коллектива выяснили, почему и как уже на стадии образования звезд образуется большое количество молекул сахаров, которые являются основным источником энергии в живых организмах. Им удалось воспроизвести космические межзвездные льды в научной лаборатории. Полученные данные говорят о высокой вероятности космического происхождения сложных органических молекул, являющихся исходными строительными блоками живых организмов на Земле. Результаты представлены в The Journal of Physical Chemistry Letters.

Как сообщили ученые, молекулы класса сахаров являются неотъемлемой частью всего живого на Земле: они участвуют в синтезе РНК и ДНК, формируя остовы генома, а также являются жизненно важным источником энергии в живых организмах. Они представляют собой цепочку атомов углерода, к которым присоединены спиртовые группы и атомы водорода, а заканчивается этот скелет альдегидной группой – атомом водорода и кислорода, присоединенного двойной связью к последнему атому углерода в цепи.

Происхождение этих довольно сложных по строению молекул и тем более приобретение ими значимости для земных существ – сложный научный вопрос, для ответа на который сформировано множество гипотез. Ученые фиксируют простейшие молекулы сахаров (всего с тремя атомами углерода) на поверхности некоторых падающих на Землю метеоритов, а также регистрируют их присутствие при наблюдении за межзвездными льдами.

Поскольку температура в наиболее плотных частях молекулярных облаков в межзвездном пространстве порядка 5–10 К (от -268 до -263°С. – Прим. ред.), вещество в них сконцентрировано в основном в виде твердых частиц, покрытых ледяными мантиями, – так называемые космические льды. В них образуются сложные органические молекулы, включая пребиотические, под воздействием жесткого галактического излучения.

Среди этих «космических» веществ в основном находятся довольно простые молекулы, например метиловый спирт (CH3OH) или ацетальдегид (СH3CHO). Это комбинации наиболее часто встречающихся молекул в нашей Галактике.

Именно из метанола и ацетальдегида можно синтезировать самый простой сахар в «правильной» форме – полуацеталь (R/S)-1-метоксиэтанола. Ученые Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королева (Самарский университет) и Самарского филиала Физического института им П.Н. Лебедева РАН в рамках мегагранта «Происхождение и эволюция органических молекул в нашей Галактике» совместно с американскими коллегами доказали, что такой процесс действительно происходит даже при экстремально низких космических температурах.

Процесс формирования сахаров был как смоделирован теоретически, так и воспроизведен экспериментально.

«Для проведения эксперимента использовалась установка, в которой поддерживался сверхвысокий вакуум и воссоздавался лед при температуре несколько Кельвин, бомбардируемый высокоэнергетическими частицами. Далее мы смотрели, какие химические превращения происходят при этом», — рассказал аспирант Самарского университета Анатолий Николаев.

По его словам, такие полуацетали могут выступать в качестве предшественников межзвездных сахаров и родственных им молекул при воздействии ионизирующего излучения.

«Сложные молекулы образуются уже на стадии звездообразования, в криогенных льдах, и затем включаются в планетоиды, астероиды и кометы. Детальный анализ метеоритов показал, что биологически важные молекулы, такие как рибоза, смогли пережить жесткие условия космоса. Следовательно, часть этих сложных молекул могла быть доставлена на раннюю Землю и служила экзогенным источником биомолекул, обеспечивая вероятный дополнительный путь к образованию биологически важных молекул на самой ранней жизненной стадии нашей планеты», — уточнил он.

Самарский университет – участник программы государственной поддержки университетов РФ «Приоритет-2030».