Сахар в метеоритах и происхождение жизни

Обнаружение сахаров в метеоритах - возможный ключ к происхождению жизни


Международная группа учёных обнаружила в метеоритах сахара, необходимые для существования жизни.
Новое открытие пополнило растущий список биологически важных соединений, которые были найдены в метеоритах, подтверждая гипотезу о том, что химические реакции в астероидах (родительских телах многих метеоритов) могут создавать некоторые из значимых для жизни компонентов.
Если это так, то метеоритная бомбардировка древней Земли могла способствовать зарождению жизни, снабжая её химическими строительными блоками.

Группа исследователей обнаружила рибозу и другие биологически важные сахара, в том числе арабинозу и ксилозу, в двух различных богатых углеродом метеоритах - NWA 801 (тип CR2) и Мерчисон (тип CM2).
Рибоза является важнейшим компонентом РНК (рибонуклеиновой кислоты). В значительной части современной биологической жизни РНК служит молекулой-переносчиком, копируя генетические инструкции из молекулы ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) и доставляя их на молекулярные фабрики внутри клетки, называемые рибосомами, которые считывают РНК для создания специфических белков, необходимых для осуществления жизненных процессов.

"Ранее в метеоритах были обнаружены другие важные строительные блоки жизни, включая аминокислоты (компоненты белков) и нуклеиновые основания (компоненты ДНК и РНК), но сахара были недостающим элементом среди главных строительных блоков жизни, - объясняет Ёсихиро Фурукава из Университета Тохоку (Япония), ведущий автор исследования, опубликованного в "Известиях Национальной академии наук" 18 ноября. - Исследование даёт первые прямые доказательства наличия рибозы в космосе и доставки сахаров на Землю. Внеземной сахар мог способствовать формированию РНК на пребиотической Земле, что, возможно, привело к возникновению жизни".

"Примечательно, что такая хрупкая молекула, как рибоза, может быть обнаружена в таком древнем материале, - говорит Джейсон Дворкин, соавтор исследования из Центра космических полетов имени Годдарда. - Эти результаты помогут нам провести анализ первичных образцов с древних астероидов Рюгу и Бенну, которые будут доставлены космическими аппаратами Хаябуса-2 (Hayabusa 2, Японское агентство аэрокосмических исследований) и OSIRIS-REx (НАСА).

Вечная загадка происхождения жизни заключается в том, как биологические организмы могли возникнуть в результате небиологических химических процессов.
ДНК - это шаблон жизни, несущий инструкции о построении и управлении живым организмом.
Однако РНК также содержит информацию, и многие исследователи считают, что сначала она эволюционировала, а затем была замещена ДНК. Это произошло потому, что молекулы РНК обладают возможностями, которых не хватает молекулам ДНК.
РНК способна создавать свои копии без "помощи" других молекул, а также инициировать или ускорять химические реакции в качестве катализатора.
Новая работа даёт некоторые доказательства, подтверждающие возможность того, что РНК управляла механизмом жизни до появления ДНК.

"Сахар, содержащийся в ДНК (2-дезоксирибоза) не был обнаружен ни в одном из метеоритов, проанализированных в данном исследовании, - сообщает соавтор работы Дэнни Главин. - Это важно, так как могло иметь место попадание внеземной рибозы на раннюю Землю, что согласуется с гипотезой о том, что первой появилась молекула РНК".

Исследователи обнаружили сахар, изучив порошкообразные образцы метеоритов с помощью метода масс-спектрометрии газовой хроматографии, при котором молекулы отбираются и идентифицируется по их массе и электрическому заряду.
Учёные обнаружили, что содержание рибозы и других сахаров варьируется от 2,3 до 11 миллиардных долей в метеорите NWA 801 и от 6,7 до 180 миллиардных долей в метеорите Мерчисон (Murchison).

Поскольку Земля наводнена биологической жизнью, команда учёных должна была рассмотреть и возможность того, что сахара могли быть занесены в упавшие метеориты земной жизнью. Но многочисленные исследования, включая изотопный анализ, указывают на то, что это маловероятно.
Изотопы - это разновидности одного элемента с различной массой, обусловленной количеством нейтронов в атомном ядре.
Например, жизнь на Земле предпочтительно использует более лёгкую разновидность углерода (12C) по сравнению с более тяжёлой версией (13C).
Однако углерод в сахарах из метеоритов был значительно обогащён тяжёлым углеродом 13C, превышающим количество, наблюдаемое в земной биологической жизни, что подтверждает вывод о том, что он появился из космоса.

Команда учёных планирует исследовать больше метеоритов, чтобы получить лучшее представление об изобилии внеземных сахаров.
Помимо этого, они планируют проверить, какую направленность - левостороннюю или правостороннюю - имеют внеземные молекулы сахара.
Некоторые молекулы бывают двух видов, которые являются зеркальными отражениями друг друга, как человеческие руки. На Земле в биологической жизни используются левосторонние аминокислоты и правосторонние сахара.
Поскольку вполне возможно, что будет нормально работать и сочетание обратной направленности - правосторонние аминокислоты и левосторонние сахара - учёные хотят понять, откуда возникло это предпочтение.
Если какой-то процесс на астероидах благоприятствует превалированию одной разновидности молекул над другой, то, возможно, доставка их из космоса в результате падения метеоритов сделала эту разновидность более распространённой на древней Земле, что в конечном счёте увеличило вероятность её использования в биологической жизни.



На изображениях:
1. Астероид Бенну - снимок, полученный космическим аппаратом OSIRIS-REx.
2. Модель молекулярной структуры рибозы и фрагмент Мерчисонского метеорита, в котором были обнаружены рибоза и другие сахара.


Источник: https:// www.nasa.gov/ press-release/ goddard/ 2019/ sugars-in-meteorites