Происхождение жизни на Земле: туннельный эффект (из квантовой механики) может быть ключом к разгадке
В отличие от своих соседей, Земля является домом для многих столь же сложных форм жизни. Однако ее происхождение остается загадкой. Многие исследования показали, что жизнь на Земле возникла из древнего молекулярного супа. Из этого супа все живое на Земле состоит из биологических молекул, включая многие белки. Однако до сих пор неизвестно, образовались ли на Земле скопления этих молекул, давшие начало жизни. Пытаясь разгадать эту тайну, исследователи изучили и обнаружили признаки того, что эти органические молекулы могут иметь внеземное происхождение. В частности, результаты показывают, что они могут образовываться без пространственных условий, очень низких температур, воды или радиации, благодаря туннельному эффекту квантовой механики.
Содержание статьи:
Исследование, опубликованное в журнале Nature Astronomy, было проведено учеными из Университета Йены и Астрономического института Макса Планка. Эксперименты показывают, что в пространственных молекулярных облаках образуются связи, происходящие от пептидов — блоков аминокислот (из которых получаются белки). Это скопление пыли и газа, широко представленное во Вселенной, где рождаются звезды.
Пептиды — это очень большое семейство молекул; действительно, все живое на Земле структурно и функционально состоит из них. Все они возникают из одной и той же основы, но место проведения процесса полимеризации определяет судьбу каждого из них. Одни из них образуют каркас, в котором формируются клетки, другие выдерживают вещества или запускают физиологические реакции (например, ферменты).
Соединение аминокислот и полимеризация образовавшихся пептидов происходит при очень точных условиях и обладает столь широкой универсальностью. Понимание происхождения этих биомолекул может дать ключ к пониманию происхождения жизни на Земле. Ранее считалось, что такие ценные условия существуют только на Земле, но новые исследования показывают, что это не так. Но откуда мы на самом деле взялись?
Читайте также: Земля смогла поддерживать жизнь благодаря особым горным породам, которые сейчас исчезли
Возникновение жизни на Земле — это, пожалуй, одно из самых необычных событий, которые когда-либо знала Вселенная. На этой каменистой, огненной массе,..
Создание пептидов без воды
Многие научные исследования показывают, что вода необходима для возникновения сложных форм жизни. Это связано с тем, что она является основным процессом, с помощью которого аминокислоты соединяются друг с другом, образуя пептидные цепи. Например, глицин можно получить из его химического предшественника, называемого аминокометуроном, путем связывания с молекулой воды. Затем молекула воды должна быть снова удалена, чтобы связаться со следующей аминокислотой.
Наши расчеты в области квантовой химии показывают, что аминокислота глицин может быть образована из химического предшественника аминокаметрона при связывании с молекулой воды. Проще говоря, для этого необходимо добавить воду на первом этапе, как объясняет ведущий автор исследования Серж Краснокутский из Университета INS и исследовательской группы Макса Планка Института астрофизики в своем заявлении ниже.
В своих экспериментах исследовательская группа попыталась пропустить стадию, требующую воды, и перешла непосредственно от аминокометина к полиглициновому пептиду. Помимо отсутствия воды, они также смоделировали другие космические условия в молекулярном облаке, такие как добавление углерода, аммиака и угарного газа. Затем эти элементы были помещены в сверхвысокую камеру под давлением в 1, 000 триллионных частей атмосферного давления Земли и температурой Ю-263°С.
Удивительно неожиданным результатом стало то, что глицин смог полимеризоваться в этих экстремальных условиях. Пептидная цепь выросла до 11 аминокислотных единиц! Был открыт и знаменитый аминокот; Краснокутский говорит: «То, что реакция могла происходить при таких низких температурах, объясняется тем, что молекулы аминоретина очень реакционноспособны».
Поскольку они могли образоваться в космосе, пептиды могли попасть на Землю с летящей кометы или метеорита. Открытия, которые могут вызвать вопросы о деликатных экзистенциальных проблемах, также открывают другие перспективы для изучения происхождения и заложения жизни на Земле.
Туннельный эффект может быть ключом
Образование пептидов, необходимых для жизни в экстремальных условиях космического вакуума, требует преодоления энергетических барьеров. Для образования соединений необходимо движение молекулярного водорода. Однако они настолько просты и малы, что, будучи квантовыми частицами, могут преодолеть энергетический барьер только с помощью эффекта туннелирования. Благодаря этому квантово-механическому явлению этот важный потенциальный барьер может быть преодолен даже тогда, когда энергия ниже минимальной энергии, необходимой для его преодоления.
