В горячем ядре молодой звёздной системы обнаружен «двойник» строительного блока жизни
Одной из самых захватывающих и ускользающих целей для современной науки остаётся поиск истоков жизни во Вселенной. Учёным давно известно, что космос наполнен простейшей органикой, однако обнаружить там «святой грааль» астробиологии — глицин, простейшую аминокислоту и основу земных белков — не удаётся на протяжении десятилетий.
При этом глицин находят в прилетающих на Землю метеоритах и кометах, что доказывает: он точно где-то формируется. Чтобы пробить этот многолетний «наблюдательный вакуум», международная группа исследователей обратила внимание на ближайших химических родственников аминокислоты. Результатом стало открытие в далёкой звездной колыбели — впервые было надёжно зафиксировано присутствие метилкарбамата — близнеца-изомера неуловимого глицина.
Метилкарбамат — это «химическое зеркало» глицина. Они состоят из одинакового набора атомов углерода, водорода, кислорода и азота, но эти «детали» соединены в разном порядке. Обнаружение такого изомера важно для науки: оно создаёт новую систему «наблюдательных маяков». Понимая, как, где и в каких количествах распределены родственники аминокислот, учёные получают чёткую карту и могут радикально сузить область поисков самого глицина в межзвёздном пространстве.
Открытие было сделано международной междисциплинарной командой, объединившей специалистов по квантовой химии и астрохимиков из Школы химии и химической инженерии Чунцинского университета (Китай), а также астрофизиков-наблюдателей из Института астрономии Макса Планка (Германия) и Парижской обсерватории (Франция). Свои поиски учёные развернули в одном из самых экстремальных и химически перегруженных уголков нашей галактики — горячем молекулярнм ядре G358.93–0.03 MM1. Это массивный протозвёздный кластер, где формируются гигантские светила.
Иллюстрация: Nano BananaОхота за метилкарбаматом в таком плотном регионе напоминала поиск иголки в стоге сена, поскольку радиосигналы тысяч разных газов там перемешиваются и заглушают друг друга. Чтобы обойти эту проблему, исследователи задействовали гигантский массив радиотелескопов ALMA в Чили — самый мощный и чувствительный радиоинтерферометр на планете, способный работать в миллиметровом диапазоне. Проявив ювелирную точность, учёные получили, очистили сигнал и чётко зафиксировали сразу 10 независимых радиомаркеров, подтверждающих: метилкарбамат в этой звёздной колыбели не просто присутствует, его там неожиданно много.
Открытие принесло настоящую научную сенсацию, опровергнувшую один из фундаментальных догматов теоретической химии. В науке долгое время доминировал «Принцип минимальной энергии». Согласно ему, в суровых условиях космоса природа всегда должна выбирать самый простой путь и создавать наиболее стабильные, энергетически выгодные формы молекул (к которым как раз относятся глицин и другие изомеры). Метилкарбамат стабильностью не отличается, но его концентрация в разогретом облаке оказалась в разы и порядки выше, чем у его «более благополучных собратьев».
Если учёным удастся накопить достаточно наблюдательных данных из других молекулярных облаков, то это будет свидетельствовать о том, что термодинамическое равновесие в космосе работает не совсем так, как это постулировалось. Это, в свою очередь, будет косвенно свидетельствовать о том, что химическим составом локации управляет не конечная стабильность молекулы, а доступность конкретных «ингредиентов» в конкретный момент времени.
Авторы работы провели моделирование и квантово-химические расчёты. Выяснилось, что метилкарбамат собирается вовсе не в открытом газовом пространстве. Его синтез происходит в ледяной тишине на поверхности микроскопических космических пылинок, покрытых замёрзшими мантиями из простейших соединений. Когда новорождённая массивная звезда начинает прогревать окружающий кокон, в этом льду активизируются и начинают двигаться осколки молекул — радикалы метокси и карбамоила. Их бурное воссоединение происходит мгновенно, без каких-либо активационных барьеров, буквально выталкивая готовую сложную органику в окружающий разогретый газ, где её и зарегистрировали антенны телескопа ALMA. Универсальность этого пути подтвердилась тем, что пропорции метилкарбамата и его предшественников (метанола и формамида) оказались одинаковыми как в исследованном ядре, так и в других протозвёздных системах.
Результаты исследования предоставили прямое доказательство того, что сложнейшие предбиологические соединения, необходимые для запуска жизни, эффективно и в больших количествах создаются на самых ранних этапах формирования звёздных систем. Установив метилкарбамат в качестве нового эталона, международная коллаборация учёных предложила астробиологам надёжный инструмент для точного моделирования того, как химический хаос космоса превращается в «строительные блоки» для будущих живых организмов на зарождающихся планетах.
© iXBT
