Химики воспроизвели межзвездный синтез всех молекул цикла Кребса

Химики в лаборатории синтезировали весь набор карбоновых кислот из цикла Кребса, воссоздав абиогенные процессы в межзвездных пылинках. Это означает, что важные для возникновения жизни на планетах органические молекулы действительно способны возникать в космосе и затем попадать на планеты. Статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Цикл Кребса, или цикл трикарбоновых кислот, играет важнейшую роль в поддержании существования биосферы Земли, позволяя клеткам эффективно получать энергию для всех жизненных процессов за счет дыхания. Считается, что органические молекулы, входящие в цикл, в далеком прошлом стали доступны для самых первых жизненных форм на Земле, и находились на планете еще до появления жизни. Предполагается, что эти молекулы могли возникнуть в космосе за счет абиотических процессов и быть доставленным на молодую Землю при помощи планетезималей, астероидов и ядер комет. В пользу этого говорят случаи обнаружения ряда органических молекул в межзвездных облаках и в составе метеоритов и астероидов. Однако процессы, позволяющие синтезировать в открытом космосе весь набор биохимических веществ, связанных с циклом Кребса, не изучены до конца.

Считается, что картина подобных химических превращений вне Земли выглядит следующим образом. Относительно простые молекулы, такие как вода, углекислота, метан или метанол, входящие в состав ледяных оболочек пылинок в межзвездных облаках, могли под воздействием галактических космических лучей или ультрафиолетового излучения звезд превращаться в молекулы-участники цикла Кребса за счет неравновесных химических реакций. В дальнейшем облако, где содержались эти пылинки, коллапсировало в протозвезду, окруженную протопланетным диском, при этом синтезированные органические молекулы сохранялись в составе зерен пыли до температур в триста кельвинов. По мере эволюции протозвезды пылинки способны захватываться в состав планетезималей и малых тел, например углеродистых астероидов, таких как Рюгу, и затем попадали на Землю в ходе бомбардировок.

Группа химиков во главе с Мейсоном Маканалли (Mason McAnally) из Гавайского университета в Маноа подтвердила возможность абиотического синтеза всего набора органических молекул, играющих центральную роль в цикле Кребса, в лабораторных условиях. 

Исследователи проводили эксперименты с образцами-аналогами межзвездных льдов, которые получались осаждением газовых смесей на основе молекул, вероятно, входивших в состав межзвездной среды, на серебряные подложки при температурах до десяти кельвинов в условиях высокого вакуума. Соотношения реагентов контролировались при помощи инфракрасной спектрометрии с преобразованием Фурье. Затем образцы подвергались облучению электронами с энергией в пять килоэлектронвольт, которые имитируют каскады вторичных электронов, производимых галактическими космическими лучами при прохождении пылинок. После этого образцы нагревали до 320 кельвинов, имитируя нагрев протозвездного облака, а твердый остаток исследовался при помощи двумерной газовой хроматографии с времяпролетной масс-спектрометрией.

В итоге были обнаружены все карбоновые кислоты, участвующие в цикле Кребса: пировиноградная, лимонная, цис-аконитовая, изолимонная, альфа-кетоглутаровая, янтарная, фумаровая, яблочная и щавелевоуксусная. Это означает, что абиотические процессы в межзвездном веществе способны быть источниками молекул для цикла Кребса, которые попадают в состав планет и малых тел в планетных системах, похожих на нашу, и обеспечивать условия для развития жизненных форм на планетах.

Органику можно найти не только в открытом космосе — недавно ровер «Кьюриосити» нашел самые крупные органические молекулы на Марсе.