Образование аминокислот в метеоритах объяснили гамма-излучением
Источником излучения мог быть радиоактивный изотоп алюминия
Японские ученые облучили водный раствор формальдегида, аммиака и метанола гамма-излучением и получили аминокислоты. Этот процесс мог происходить в хондритах или их родительских телах: в качестве источника гамма-излучения мог выступать радиоактивный изотоп алюминия 26Al, а весь процесс занял бы от одной до ста тысяч лет. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Central Science.
Углистыми хондритами называют метеориты из силикатной породы с вкраплением небольших частиц угля, графита, воды и соединений железа. В подобных метеоритах и их предполагаемых родительских телах уже были обнаружены сахара, аминокислоты и азотистые основания. Ученые предполагают, что доставленные такими метеоритами вещества могли сыграть важную роль в процессе химической эволюции на нашей планете. Но пока не до конца понятно, как именно сложные органические вещества появились в самих метеоритах или их родительских телах.
В прошлом году японские химики под руководством Йоко Кебукавы (Yoko Kebukawa) из Университета Йокогамы показали, что аминокислоты могут образовываться из формальдегида HCHO и аммиака NH3, но только в жидкой воде и при наличии источника энергии. Теперь Кебукава и ее коллеги решили проверить, могло ли таким источником энергии быть гамма-излучение, которое возникает при радиоактивном распаде изотопа алюминия 26Al, входящего в состав хондритной породы.
Ученые приготовили водный раствор формальдегида HCHO и аммиака NH3 с добавлением метанола (мольное соотношение H2O:NH3:HCHO:CH3OH было равно 100:6:8:1, близко к соотношению в реальных хондритах) и запаяли его в тонкие стеклянные трубочки. В качестве источника гамма-излучения использовали радиоактивный изотоп кобальта 60Co.
Ученые меняли интенсивность (от 0,5 до 20 килогрей в час) и время облучения (от 3 до 20 часов). Всего они провели тридцать экспериментов, и еще три образца оставили для контроля. Все полученные растворы обработали соляной кислотой, чтобы перевести аминокислоты из формы соответствующих амидов в форму кислоты.
Количество аминокислот определяли с помощью метода высокоэффективной жидкостной хроматографии. Альфа-аланин также выделили из смеси и проанализировали отдельно методом тандемной газовой хроматогмасс-спектрометрии (GC-MS), чтобы убедиться, что он находится в форме рацемата (эквимолярной смеси двух изомеров). Таким образом Кебукава и ее коллеги подтвердили, что аминокислоты не были занесены извне — в этом случае альфа-аланин находился бы в основном в форме L-изомера.
Больше всего в образцах было альфа-аланина — его концентрация доходила до полутора миллимоль на литр. Также среди продуктов были бета-аланин, глицин, альфа-аминомасляная кислота, бета-аминоизобутановая кислота и глутаминовая кислота.
Количество аминокислот оказалось прямо пропорционально общей дозе облучения, при этом не зависело от интенсивности облучения. Кебукаве и ее коллегам удалось превратить в аминокислоты до 0,14 процента всего содержащегося в растворе углерода — для этого потребовалась доза в 200 килогрей.
Авторы подсчитали, что начальное содержание радиоактивного изотопа алюминия 26Al в хондритной породе соответствует общей дозе радиации в 6300 килогрей — вполне достаточно для синтеза аминокислот. Например, для образования такого количества альфа-аланина и бета-аланина, которые были обнаружены в Мурчисонском метеорите, потребовалось бы от одной до ста тысяч лет.
Интересно что в Мурчисонском метеорите количества альфа-аланина и бета-аланина были очень близки ( 1,3 и 1.4 микрограмм на грамм породы соответственно), в то время, как в эксперименте Кебукавы и ее коллег альфа-аланина получилось примерно в десять раз больше. Авторы предложили такое объяснение: под действием гамма-излучения происходит не только образование, но и распад аминокислот. Альфа-аланин менее стабилен, поэтому при длительном облучении его доля в смеси снижается — особенно, если свободный формальдегид и аммиак закончились, и реакция синтеза аминокислот остановилась.
Два года назад мы писали о химических исследованиях Тагишского метеорита, в котором тоже нашли следы аминокислот. Результаты атомно-зондовой томографии показали, что частицы магнетита в его составе формировались в слабощелочной среде. Эти результаты хорошо объясняют, почему глутаминоваяи и аспаргиновая аминокислоты, обнаруженные в этом метеорите, в основном находились в L-форме. Дело в том, что в водном растворе эти аминокислоты могут находиться D- и L-форме, но кристаллизуются обе преимущественно в L-форме. В растворе L-форма постоянно находится в недостатке, и равновесие смещено в сторону ее образования, а в щелочной среде процесс перехода между формами протекает быстрее, чем в кислой или нейтральной.
Концентрация некоторых из них превышает максимальную для жилых помещений
Концентрация аценафтена, фенантрена, пирена и перфтороктановой кислоты в пыли, собранной внутри МКС, в разы превосходит максимальные значения этих веществ, установленные для жилых помещений в США. В то же время концентрация многих стойких органических загрязнителей укладывалась в безопасный диапазон, но многократно превосходит медианные значения. Такие выводы содержит исследование, опубликованное в журнале Environmental Science & Technology Letters. Космонавты на МКС находятся в замкнутом пространстве, и для обеспечения безопасных условий работы воздух внутри станции должен быть чистым. Но даже при дыхании люди выделяют углекислый газ, аммиак, ацетон, уксусную кислоту и некоторые другие метаболиты. Из-за воздействия на организм ионизирующего излучения, невесомости, шума, вибрации, пониженного и повышенного содержания кислорода в воздухе состав и концентрации таких метаболитов не равноценны тем, что присутствуют в воздухе земных помещений. Кроме того, различные газы в воздушную среду МКС может выделять доставляемое туда оборудование, а также системы корабля, если случается их разгерметизация. Ученые под руководством Стюарта Харрада (Stuart Harrad) из Бирмингемского университета исследовали пыль, собранную из воздушной среды МКС, на присутствие в ней стойких органических загрязнителей — полибромдифениловых эфиров, новых бромсодержащих антипиренов, гексабромциклододеканов, фосфатных эфиров, полихлорированных бифенилов, полифторалкильных соединений и полиароматических углеводородов. Концентрации почти всех стойких органических загрязнителей на МКС укладывались в диапазоны, известные для жилых помещений США. При этом у многих веществ, особенно из групп полибромдифениловых эфиров и полиароматических углеводородов, они превосходили медианные значения для таких помещений на порядки. Например, концентрация полибромдифенилового эфира BDE-99 в пыли на МКС составила 27000 нанограмм на грамм, а ее медианное значение для домашней пыли США — 580 нанограмм на грамм. Концентрации таких полиароматических углеводородов как аценафтен, фенантрен и пирен в разы превосходили не только медианные, но и максимальные значения, установленные для американских домов (930 против 25, 830 против 390 и 1600 против 300 нанограмм на грамм соответственно). Аналогичная ситуация наблюдалась и для перфтороктановой кислоты, концентрация которой в пыли на МКС составила 2600 нанограмм на грамм. Медианное значение концентрации этого вещества в домах США — 140 нанограмм на грамм, максимально известное — 1960 нанограмм на грамм. Авторы отметили, что впервые обнаружили стойкие органические загрязнители во внеземной среде. Их источники невозможно установить доподлинно, но предположительно их высокое содержание может быть связано с огнезащитной обработкой поверхностей, защитой хрупких грузов с помощью пенополиуретановой пены и гидроизоляционной обработкой против грибка. С учетом того, что используемые материалы оказались не слишком устойчивыми во внеземных условиях и в больших количествах попали в воздух обитаемых помещений, исследователи предлагают выбирать другие материалы для упаковки и защитной обработки оборудования. Для токсикологического контроля МКС важно исследовать не только ее внутреннюю воздушную среду, но и состояние внешней обшивки. Ученые выяснили, что космическая пыль, прилипающая к ней, является биохимически активной средой, и обнаружили в ней жизнеспособные микроорганизмы.
