Строительные блоки жизни, найденные в метеоритах, по-видимому, образовались без преимуществ сложной химии, которыми наделены планеты. Таким образом, возможно, молодая Земля была «засеяна» необходимыми ингредиентами, которые привели к появлению всего этого разнообразия флоры и фауны, что мы наблюдаем сегодня.
Кроме того, доказательства существования некоторых из этих сложных органических молекул были обнаружены в межзвездном пространстве. Как такое возможно? Новые лабораторные исследования предлагают объяснение.
Еще до появления жизни Земля располагала многими особенностями, которые способствовали появлению сложных органических соединений. Солнце и гидротермальные источники давали энергию. Вода выступала в роли универсального растворителя, а дождь и ветер регулярно перемешивали «коктейль» будущей жизни. Гораздо сложнее понять, как молекулы на основе углерода (сложные органические соединения) могут образовываться в межзвездной среде, но благодаря спектральному анализу мы знаем, что именно так и происходит.
Благодаря усилиям команды японских исследователей в лаборатории были воссозданы условия, имитирующие межзвездную среду. Эксперименты показали, что ключевую роль в появление сложных органических соединений играет поверхность ледяных зерен.
Углерод — лишь один из почти 100 элементов, существующих в природе, однако подавляющее большинство известных молекул не только включают его, но и базируются на взаимосвязанных цепочках атомов углерода. Химические особенности углерода позволяют формировать гораздо более крупные молекулы, чем при участии любого другого элемента.
Однако тот факт, что углерод может образовывать сложные молекулы, вовсе не означает, что это произойдет автоматически. На просторах звездообразующих облаков атомы настолько рассеяны, что редко вступают в контакт друг с другом. Найти подходящего партнера сложнее, чем пригодную для создания семьи девушку в ночном клубе.
И вот, согласно исследованиям, ледяные зерна могут служить своего рода «атомным приложением», объединяющим молекулы углерода, но для того, чтобы это работало, они должны иметь возможность диффундировать (смешиваться) по поверхности частиц. Никто не был уверен, при каких обстоятельствах это может быть возможно.
Профессор Масаси Цугэ из Университета Хоккайдо и его коллеги попытались воспроизвести условия в газопылевых облаках, опираясь на данные о комплексе молекулярных облаков Ориона. Воспроизведение включало охлаждение материалов, которые, как известно, существуют в облаках такого рода, до температур, не намного превышающих абсолютный нуль.
«В наших исследованиях, воссоздающих межзвездные условия в лаборатории, мы смогли обнаружить слабосвязанные атомы углерода, диффундирующие по поверхности ледяных зерен, чтобы вступить в реакцию и произвести молекулы C2 [диуглерода]», — прокомментировал Цугэ.
Цугэ и его коллеги обнаружили, что диффузия может происходить при температуре выше 30 Кельвинов (-243 градуса Цельсия). Энергия активации, необходимая для того, чтобы атомы углерода могли диффундировать сквозь лед, настолько мала, что теоретически даже 22 Кельвина (-251 градус) должно быть достаточно.
Цугэ отмечает, что большие площади протопланетных дисков вокруг очень молодых звезд достигают таких температур. Даже несмотря на то, что очень молодым звездам лишь предстоит достичь максимальной яркости, они все же даже на раннем этапе существования могут обеспечить немного тепла, и, похоже, этого для углерода достаточно.
Двум атомам углерода может потребоваться от 100 000 до 10 миллионов лет, чтобы совершить миграцию на сто нанометров и встретиться, но у этих атомов достаточно времени. Как только углеродная связь образуется, в результате того же процесса диффузии может быть добавлено больше атомов, что постепенно приведет к созданию более обширного углеродного «скелета», к которому будут присоединяться другие атомы.
Команда исследователей отмечает, что большинство атомов углерода в межзвездном облаке не будут следовать по этому пути. Вместо этого они столкнутся с атомами водорода или кислорода и образуют метан или окись углерода, ограничивая перспективы будущего роста. Даже те, что попадают на поверхность ледяных зерен незакрепленными, часто вместо этого образуют формальдегид (CH2O).
Однако тех атомов углерода, что принимают участие в создании углеродного скелета, будет достаточно, чтобы мы могли увидеть результаты, такие как земная жизнь.
Читайте также: «Джеймс Уэбб» впервые обнаружил углеродную пыль в самых ранних звездах Вселенной.
