Новое исследование показывает, что самоподдерживающиеся химические реакции, которые могли бы поддерживать биологию, радикально отличающуюся от жизни, какой мы ее знаем, могут существовать на многих разных планетах, используя множество элементов, помимо углерода, на котором основана жизнь Земли, показывает новое исследование. Оно было опубликовано в Journal of the American Chemical Society.
На Земле жизнь основана на органических соединениях. Эти молекулы состоят из углерода и часто включают в себя другие элементы, такие как водород, кислород, азот, фосфор и сера.
Однако ученые уже давно задаются вопросом, может ли инопланетная жизнь развиваться на основе совершенно иной химии. Например, исследователи уже давно предполагают, что кремний может также служить основой биологии.
«Важно изучить эти возможности, чтобы у нас было представление о том, как могут выглядеть все формы жизни, а не только земная жизнь», — говорит старший автор исследования Бетюль Качар, астробиолог, бактериолог и биолог-эволюционист из Университета Висконсин-Мэдисон.
Вид химического взаимодействия, ключевой для жизни на Земле, известен как автокатализ. Автокаталитические реакции являются самоподдерживающимися — они могут производить молекулы, которые способствуют повторению той же реакции. Представьте себе растущую популяцию кроликов. Пары кроликов собираются вместе, производят потомство новых кроликов, а затем новые кролики вырастают, образуя пары и давая еще больше кроликов. Не нужно много кроликов, чтобы вскоре их стало намного больше.
«Одна из основных причин, по которой исследователи происхождения жизни интересуются автокатализом, заключается в том, что размножение — ключевая особенность жизни — является примером автокатализа», — сказал Качар. «Жизнь катализирует образование новой жизни. Одна клетка производит две клетки, которые могут стать четырьмя и так далее. По мере того, как число клеток умножается, количество и разнообразие возможных взаимодействий соответственно умножаются».
В новом исследовании исследователи искали автокатализ помимо органических соединений. Они пришли к выводу, что автокатализ может способствовать абиогенезу — возникновению жизни из безжизненности.
Ученые сосредоточились на так называемых циклах сопропорционирования, которые могут генерировать несколько копий молекулы. Эти продукты можно использовать в качестве исходных материалов, чтобы помочь повторению этих циклов, что приведет к автокатализу.
«Сопропорционирование, пожалуй, уникально, потому что это единственная реакция, которая дает кратный результат — это очень похоже на размножение», — рассказал ведущий автор исследования Чжэнь Пэн, биолог-эволюционист из Университета Висконсин-Мэдисон.
Чтобы найти эти реакции, ученые проанализировали более двух столетий оцифрованных научных документов, написанных на разных языках. «Благодаря эффективным инструментам языкового поиска и перевода мы смогли разработать и провести эту первую в своем роде оценку распространенности автокаталитических циклов», — сказал соавтор исследования Зак Адам, геолог из Университета Висконсин-Мэдисон.
В конечном итоге исследователи обнаружили 270 различных циклов автокаталитических реакций. «Автокатализ, возможно, не такая уж редкость, но вместо этого он может быть общей чертой многих различных сред, даже тех, которые действительно отличаются от Земли», — сказал Качар.
В большинстве из 270 циклов не использовались органические соединения. Некоторые из них были сосредоточены на элементах, которые отсутствуют или чрезвычайно редки в жизни на Земле, таких как ртуть или радиоактивный металл торий. Ряд циклов, вероятно, происходит только при чрезвычайно высоких или низких температурах или давлениях.
Исследователи даже обнаружили четыре автокаталитических цикла с участием благородных газов, которые лишь изредка вступают в химическую реакцию с другими элементами. Если даже относительно инертный газ, такой как ксенон, может принимать участие в автокатализе, «есть веские основания предполагать, что автокатализ происходит легче в других элементах», — сказал Пэн.
Только восемь из этих циклов были относительно сложными и состояли из четырех или более реакций. Большинство из 270 циклов были простыми, каждый состоял всего из двух реакций.
«Считалось, что такого рода реакции очень редки», — сказал Качар. «Мы показываем, что это на самом деле далеко не редкость. Просто нужно искать в правильном месте».
Исследователи отметили, что можно объединить несколько циклов вместе, даже если они сильно отличаются друг от друга. Это может привести к самоподдерживающимся химическим реакциям, которые генерируют разнообразный набор молекул, что создает большую сложность.
«Имея под рукой так много базовых рецептов автокатализа, фокус исследований теперь может сместиться на понимание того, как автокатализ посредством сопропорционирования может иметь более выраженные эффекты в формировании химии планеты», — сказал Качар.
Ученые надеются, что будущие исследования смогут экспериментально проверить созданную ими новую кулинарную книгу.
«Представленные здесь циклы представляют собой набор основных рецептов, которые можно смешивать и сочетать способами, которые раньше не применялись на нашей планете», — сказал Пэн. «Они могут привести к открытию совершенно новых примеров сложной химии, которые работают в условиях, когда циклы на основе углерода или даже кремния либо сгорают, либо замерзают».
Исследователи предупредили, что остается неясным, насколько правдоподобны эти циклы. «Нет гарантии, что все собранные нами примеры можно будет запустить в лаборатории или найти на других астрономических объектах», — сказал Пэн.
Помимо последствий, которые эта работа может иметь для поиска жизни во Вселенной и понимания происхождения жизни, это исследование может иметь практические применения, такие как «оптимизация химического синтеза и эффективное использование ресурсов и энергии», сказал Адам. «Другой — использование химических соединений для интересных задач, таких как химические вычисления».
По информации https://planet-today.ru/novosti/nauka/item/159232-novoe-issledovanie-predpolagaet-chto-inoplanetnaya-zhizn-ne-mozhet-byt-osnovana-na-uglerode
Обозрение "Terra & Comp".
