В образцах с астероида Бенну обнаружили странную аномалию сочетания вариаций хиральности и изотопного состава азота

В вышедшей в феврале этого года статье совместной группы ученых из нескольких американских университетов содержится отчет о результатах исследования органических молекул в образцах грунта, доставленных с астероида Бенну в рамках миссии OSIRIS-REx. Одной из главных неожиданностей стало обнаружение в них разницы в изотопном составе азота у левого и правого энантиомеров глутаминовой кислоты. Левый энантиомер оказался ощутимо более легким. Но, как говорится, давайте обо всем по порядку.

Основные усилия исследователи направили на измерение различий в изотопном составе структуры простейшей протеиногенной аминокислоты глицина в пробах, взятых из материала астероида Бенну, и одного из самых известных метеоритов типа углистый хондрит, содержащего много органики - мурченского. Глицин содержит два атома углерода - один из них в составе группы -СO₂, а другой в составе группы -CNH₂. Современными методами изотопный состав атомов углерода в этих группах можно измерять отдельно, чем и воспользовались ученые. Как выяснилось, между глицином из астероида и глицином из метеорита наблюдаются явные различия - у его образцов, извлеченных из Бенну, более легким оказался углерод, входящий в состав "азотной" части молекулы, а в пробах, взятых из метеорита, наоборот, из ее части, состоящей их углерода и двух атомов кислорода.

Строение простейшей аминокислоты - глицина. Первый атом углерода, входящий в группу -СO₂ показан синей стрелкой, а второй атом углерода, входящий в состав группы -CNH₂ - оранжевой. Адаптировано из Вики.

Как считают исследователи, такая разница говорит о разных способах формирования этой аминокислоты - внутри метеорита она формировалась в присутствии воды примерно при комнатной температуре по механизму так называемой реакции Штреккера, а в грунте астероида преимущественно фотохимическим путем на окраине солнечной системы и при более низких температурах. В этом случае ультрафиолетовое излучение воздействуя на простые молекулы, присутствующие на ледяной поверхности астероида (CH₃OH, CNH, NH₃), превращали их в свободные радикалы, способствуя, тем самым, синтезу органики, включая глицин. Таким образом, мы имеем дополнительное подтверждение, что простые органические молекулы, включая аминокислоты, являются как бы естественными аттракторами природы, которые могут синтезироваться разными физико-химическими путями.

Но еще один, на мой взгляд, даже гораздо более интересный вывод, ученые ученые на основе анализа изотопного состава азота в молекулах другой достаточно простой аминокислоты - глутаминовой. Как известно, все протеиногенные аминокислоты, кроме глицина, могут существовать в двух зеркальных формах - с левой и правой хиральностью. В белках живых организмов, синтезируемых с помощью рибосомы, используются только левые аминокислоты. Однако, в образцах, доставленных из космоса, соотношение левых и правых аминокислот, как правило, близко к 50 на 50. Бывают и исключения, но их обычно объясняют загрязнениям первичного материала.

Кроме того, известно, что живые системы предпочитают более легкие изотопы атомов, так что, например, в захоронениях органики биологического происхождения соотношение количества атомов тяжелого изотопа углерода C¹³ к более легкому C¹², как правило, меньше, чем в образцах, содержащих органику, синтезированную небиологическим путем, на этом даже основан один из основных способов поиска пород, содержащих первые следы жизни на Земле. При этом, если соотношение хиральностей энантиомеров после гибели живого организма может с течением времени постепенно выравниваться, даже если исходно соотношение было 100:0 (это явление называется рацемизацией), то избыток легкого углерода в норме остается "замороженным" в породе навсегда. То же самое относится и к азоту - в клетках прокариот процент его легкого изотопа N¹⁴ по отношению к тяжелому N¹⁵ тоже повышен.

Как показали измерения, соотношение правых и левых молекул глутаминовой кислоты в пробах, взятых из Бенну, составляет примерно 0.9 (на десять левых энантиомеров приходится, в среднем, примерно девять правых). При этом, "взвесить" атомы углерода отдельно в левых и правых энантиомерах данной молекулы с приемлемой точностью у ученых не получилось. Зато, им удалось это сделать для атомов азота. Оказалось, что существует вполне ощутимая корреляция между видом молекулы (левая или правая) и долей входящих в ее состав атомов тяжелого изотопа азота. Азот в левых аминокислотах оказался более легким.

Глутаминовая аминокислота, в которой "взвешивался" атом азота. Взято из Вики.

Авторы предлагают сразу три возможных гипотетических объяснения данного странного факта, но это верный признак того, что очевидного объяснения нет. Как констатировал в интервью один из них - "У нас сейчас больше вопросов, чем ответов". В одном они, кажется, более менее уверены - видимо, отныне даже органику с облегченным изотопическим составом нельзя рассматривать как сильный аргумент в пользу ее биологического происхождения.

Прочитав эту статью, я вспомнил другую, еще аж 2002 года, в которой авторы анализировали, отличается ли изотопный состав непротеиногенной аминокислоты изовалина, добытой из материала все того же метеорита Мурчисон, у ее левых и правых энантиомеров. Хотя изовалин и не входит в состав классических протеинов, эта аминокислота широко используется в составе так называемых нерибосомных пептидов - относительно коротких цепочек остатков аминокислот, синтезируемых без участия рибосомы. Любопытный факт заключается в том, что в состав этих пептидов изовалин входит почти исключительно в виде своего правого изомера. Так вот, как следует из данных, добытых авторами упомянутой статьи, во всех пяти исследованных образцах метеорита более легкими были именно правые изомеры.

Так что, может быть, и не надо торопиться при поиске следов жизни отказываться от теста на облегченную органику, а стоит пересмотреть распространенность живых систем во Вселенной!)