Космос, создавший изомерию аминокислот

Космос, создавший изомерию аминокислот

Одна из аксиом молекулярной биологии гласит, что все живые организмы состоят из белков, а они в свою очередь – из аминокислот.

Как и многие другие органические соединения, аминокислоты существуют в двух зеркально симметричных формах. Такие молекулы похожи одна на другую, как правая и левая рука, поэтому их называют соответственно D– и L-молекулами, или правыми и левыми.

Мерчисонский метеорит

А поскольку эти молекулы могут вращать плоскость поляризации света в различных направлениях, их еще называют «правовращающими» и «левовращающими».

Так вот оказывается, что практически все природные белки построены только из левых аминокислот. При этом, что весьма удивительно, среди аминокислот, синтезированных в лабораторных условиях, примерно одинаковое количество правых и левых молекул.

Но этой особенностью обладают не только аминокислоты. Многие другие важные для живых систем вещества также имеют строго определенный знак зеркальной симметрии. Например, сахара, входящие в состав многих нуклеотидов, а также нуклеиновых кислот ДНК и РНК, представлены в организме исключительно правыми D-молекулами.

Современные биологи, изучающие происхождение жизни на Земле, считают, что появление органических молекул с определенным типом симметрии стало главным фактором их выживания и последующего их многократного самокопирования. Но вот как и почему появился тот или иной зеркальный антипод, до сих пор остается одной из нерешенных задач науки.

Когда в ходе исследований ученые освещали раствор аминокислоты циркулярно поляризованным светом, то установили, что происходит полное или частичное разрушение одного из двух зеркальных антиподов. Причем свет, поляризованный по часовой стрелке (если смотреть навстречу лучу), разрушает D-молекулы, и, наоборот, свет, поляризованный против часовой стрелки, только L-аминокислоты. Так был найден простой способ отбора молекул с определенным типом зеркальной симметрии.

Это открытие, как выяснилось, имело далеко идущие последствия. По сути, именно этот эксперимент заставил некоторых исследователей выдвинуть любопытную идею: а не могло ли нечто подобное произойти в масштабах всей планеты на первых этапах возникновения жизни? Действительно, если Земля подверглась облучению светом, имеющим правую или левую круговую поляризацию, то в результате этого воздействия должны были выжить лишь молекулы одного типа зеркальной симметрии. Если это так, то в таком случае что за источник света смог оказать на Землю такое влияние?

Безусловно, наиболее вероятным претендентом на эту роль являлся космос, где и мог находиться достаточно мощный источник поляризованного излучения. Более того, на космическое происхождение структурной асимметрии аминокислот указывали и исследования метеорита, который в 1969 году упал недалеко от австралийского поселка Мерчисон.

Этот «гость из космоса» оказался чрезвычайно богат на различные органические молекулы, в том числе и на аминокислоты. К тому же большинство из них имели левостороннюю симметрию. Впрочем, этот факт позволил некоторым ученым заявить, что преобладание левых аминокислот – не более как результат загрязнения метеорита земной породой.

Споры вокруг происхождения аминокислот, обнаруженных в Мерчисонском метеорите, продолжались без малого тридцать лет, то есть до тех пор, пока Майкл Энгель и Стефан Марко не исследовали метеоритные аминокислоты аланин и глютамин на содержание в них различных изотопов азота. В результате этих исследований выяснилось, что соотношение атомов азота с массами 14 и 15 не такое, как у всех земных организмов: в метеорите тяжелых изотопов было значительно больше. А это означало одно: земное загрязнение к химическим веществам в метеорите не имеет никакого отношения.

Из этих исследований следовал еще один важный вывод: скорее всего не только на Земле, но и во всей Солнечной системе левые аминокислоты преобладают над правыми.

Кроме того, измеренное Энгелем и Марко соотношение изотопов азота совпало со значениями, которые были получены астрономами в ходе спектроскопического анализа межзвездного вещества. Выходит, что аминокислоты Мерчисонского метеорита образованы из атомов, когда-то находившихся в межзвездных газопылевых облаках. Но если асимметричные аминокислоты впервые образовались именно в межзвездном веществе, то в таком случае как они смогли попасть на Землю? Но чтобы ответить на эти вопросы, исследований одного метеорита, конечно же, недостаточно.

На этот счет существует несколько гипотез. Согласно одной из них, избыток тех или иных оптических изомеров органических веществ впервые появился на нашей планете около 5 миллиардов лет назад. Именно в это время поверхность Земли подверглась сильнейшей бомбардировке кометами и астероидами.

Ряд геохимиков считает, что именно в это время на Землю попали вода, газы и большая часть летучих соединений, что и привело к образованию атмосферы. И скорее всего в этот же период на Землю были занесены и органические молекулы с преобладанием тех или иных зеркальных антиподов: L-аминокислоты, D-caxapа и т.д.

Казалось бы, в ходе мощных столкновений метеоритов с поверхностью Земли хрупкие органические молекулы должны были бы разрушиться, но их наличие в Мерчисонском метеорите свидетельствует об обратном.