Чем лево лучше, чем право: Подсказка из звездной колыбели
Никто не знает, почему так получилось, но жизнь на Земле в своей химической основе придерживается левой стороны. Это, конечно, по нашим человеческим меркам, на деле корректней было бы сказать, что она просто асимметрична, точнее — обладает хиральностью.
Аминокислоты, составляющие биологические макромолекулы — белки, можно представить себе, как центральный атом углерода с прикрепленными к нему четырьмя фрагментами — водородом, карбоксильной группой (СООН), аминогруппой (NH2) и группой, уникальной для каждой отдельной аминокислоты. Четыре фрагмента могут крепиться к общему «основанию» одним из двух возможных образов, являющихся зеркальным отображением друг друга, как пальцы на ладонях наших рук (взгляните на иллюстрацию слева).
Если взять чистый образец одного из таких изомеров и пропустить через него плоско поляризованную (то есть, колеблющуюся в одной плоскости) волну электромагнитного излучения, то она изменит угол поляризации, в зависимости от образца, повернувшись влево или вправо. Соответственно, такие хиральные изомеры принято называть лево- или правосторонними.
При неорганическом синтезе аминокислот никакой разницы между ними не обнаруживается: они образуются в равной пропорции. В живой же природе все наоборот. За редчайшими удивительными исключениями, относящимися к микроорганизмам, все аминокислоты, из которых состоят люди, грибы, рыбы, вирусы и все прочее представляют собой комбинацию левосторонних аминокислот. Что стало тому причиной — одна из самых больших и интригующих загадок современной науки, ведь ни в физических, ни в химических свойствах ни одного изомера нет каких-либо определенных выигрышных особенностей.
С другой стороны, биологические системы действуют с высокой точностью: катализируя реакцию, фермент ориентируется на пространственную форму исходных молекул, так что спутать «левую руку» с «правой» точно не сможет. Однажды предпочтя один изомер, жизнь на планете Земля остается верной ему. Существуют и некоторые другие, чисто химические обоснования, о чем можно прочесть в нашей заметке «Нетолерантные молекулы». Но что же послужило причиной этого выбора? Почему мы все лево-, а не правосторонни? Ответ может прийти из... космоса. Точнее говоря, из далекой Туманности Ориона.
По крайней мере, так считают японские астрономы во главе с Цубасой Фукё (Tsubasa Fukue). Исследуя Туманность Ориона, один из самых известных звездных «родильных домов» Вселенной, они обратили внимание на области, условия в которых сложились весьма похожие на те, в которых около 5 млрд лет назад сформировалось наше собственное Солнце. «Изучение областей активного звездообразования Туманности Ориона, — поясняет ученый, — позволило нам уточнить процессы, которые могли проходить и в ходе рождения нашей Солнечной системы».
Итак, японцы обнаружили в туманности обширный (примерно в 400 раз больше Солнечной системы) регион, который буквально пронизан поляризованным излучением, которое создается неизвестным источником с мощнейшим магнитным полем. А ведь известно, что поляризованный свет сильнее взаимодействует с одним хиральным изомером, почти не затрагивая другой, создавая для них неравные условия — как раз то, что и требуется для объяснения нашей загадки.
Правда, некоторые сомнения вызывает то, что ученые рассматривали туманность лишь в видимом диапазоне волн, тогда как мы знаем, что для эффективного разложения (фотолиза) одного из хиральных изомеров требуется поляризованный ультрафиолет. С другой стороны, наблюдать Туманность Ориона на этой длине волн просто не представляется возможным, поскольку практически все ультрафиолетовое излучение на пути от него поглощается космической пылью.
Но если гипотеза Цубасы Фукё справедлива, картина складывается примерно такая. Солнце формировалось в условиях, сходных с изученным регионом Туманности Ориона, который пронизывает поляризованное УФ-излучение, например, от близкой нейтронной звезды. Аминокислоты вообще не являются чем-то из ряда вон выходящим в космосе и не раз обнаруживались в составе различных небесных тел и объектов. Они вполне могли появиться и здесь — в примерно равной пропорции лево- и правосторонние. Но поляризованный свет быстрее приводил к распаду (фотолизу) одного из изомеров, предоставляя «эволюционные преимущества» другому. Так что когда аминокислоты попали на Землю (например, с метеоритами) и стали основой зарождающейся жизни, у нее просто не было выбора.
Кстати, это исследование буквально вторит идее, ранее озвученной одним американским профессором. Он также предположил, что поляризованный свет космических источников стал причиной асимметрии жизни на Земле. И из его гипотезы также вытекает то, что если не жизнь, то ее базовые компоненты были занесены на нашу планету извне. Читайте: «Несимметричная жизнь».
По сообщению physics arXiv blog
