Исследователи Массачусетского технологического института обнаружили, что аминокислоты — основные строительные блоки жизни на Земле — стабильны в высококонцентрированной серной кислоте. Их результаты подтверждают идею о том, что те же самые молекулы могут быть стабильными в высокосернистых облаках Венеры. Фото: JAXA/Дж.Дж. Петковски.
Если в Солнечной системе за пределами Земли и есть жизнь, ее можно найти в облаках Венеры. В отличие от негостеприимной поверхности планеты, облачный слой Венеры, простирающийся на 30-40 миль над поверхностью, имеет более умеренные температуры, которые могут поддерживать некоторые экстремальные формы жизни.
Если бы оно там было, ученые предположили, что любой обитатель венерианского облака будет сильно отличаться от форм жизни на Земле. Это потому, что сами облака состоят из высокотоксичных капель серной кислоты — сильно коррозионного химического вещества, которое, как известно, растворяет металлы и разрушает большинство биологических молекул на Земле.
Но новое исследование исследователей Массачусетского технологического института может поставить под сомнение это предположение. Опубликованное сегодня в журнале Astrobiology исследование сообщает, что на самом деле некоторые ключевые строительные блоки жизни могут сохраняться в растворах концентрированной серной кислоты.
Авторы исследования обнаружили, что 19 аминокислот, которые необходимы для жизни на Земле, стабильны до четырех недель, если их поместить в флаконы с серной кислотой в концентрациях, аналогичных концентрациям в облаках Венеры. В частности, они обнаружили, что молекулярный «остов» всех 19 аминокислот остается интактным в растворах серной кислоты с концентрацией от 81% до 98%.
«Что абсолютно удивительно, так это то, что концентрированная серная кислота не является растворителем, который повсеместно враждебен органической химии», — говорит соавтор исследования Януш Петковски, научный сотрудник Департамента наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института (EAPS).
«Мы обнаруживаем, что строительные блоки жизни на Земле стабильны в серной кислоте, и это очень интригует для идеи о возможности жизни на Венере», — добавляет автор исследования Сара Сигер, профессор планетарных наук Массачусетского технологического института 1941 года в EAPS. и профессор кафедр физики и аэронавтики и космонавтики. «Это не означает, что жизнь там будет такой же, как здесь. На самом деле, мы знаем, что этого не может быть. Но эта работа выдвигает идею о том, что облака Венеры могут содержать сложные химические вещества, необходимые для жизни».
В число соавторов исследования входят первый автор Максвелл Сигер, студент факультета химии Вустерского политехнического института и сын Сигера, и Уильям Бэйнс, научный сотрудник Массачусетского технологического института и ученый из Кардиффского университета.
Строительные блоки в кислоте
Поиски жизни в облаках Венеры в последние годы набрали обороты, отчасти благодаря спорному обнаружению фосфина — молекулы, которая считается одним из признаков жизни — в атмосфере планеты. Хотя это обнаружение остается предметом споров, эта новость вновь актуализировала старый вопрос: может ли на родственной планете Земли действительно существовать жизнь?
В поисках ответа ученые планируют несколько миссий на Венеру, в том числе первую миссию на планету, в значительной степени финансируемую из частных источников, при поддержке калифорнийской стартовой компании Rocket Lab. Эта миссия, в которой Сигер является главным научным исследователем, направлена на отправку космического корабля через облака планеты для анализа их химического состава на наличие признаков органических молекул.
В преддверии запуска миссии в январе 2025 года Сигер и ее коллеги тестировали различные молекулы концентрированной серной кислоты, чтобы увидеть, какие фрагменты жизни на Земле также могут быть стабильными в облаках Венеры, которые, по оценкам, на несколько порядков более кислые, чем облака Венеры. самые кислые места на Земле.
«У людей сложилось мнение, что концентрированная серная кислота — чрезвычайно агрессивный растворитель, который все разрубит на куски», — говорит Петковски. «Но мы считаем, что это не обязательно так».
Фактически, ранее команда показала, что сложные органические молекулы, такие как некоторые жирные кислоты и нуклеиновые кислоты, остаются на удивление стабильными в серной кислоте. Ученые стараются подчеркнуть, как они это делают в своей нынешней статье, что «сложная органическая химия, конечно, не жизнь, но без нее жизни нет».
Другими словами, если определенные молекулы могут сохраняться в серной кислоте, то, возможно, высококислотные облака Венеры пригодны для жизни, хотя и не обязательно обитаемы.
В своем новом исследовании команда сосредоточила свое внимание на аминокислотах — молекулах, которые объединяются в незаменимые белки, каждая из которых выполняет свою специфическую функцию. Каждому живому существу на Земле необходимы аминокислоты для производства белков, которые, в свою очередь, выполняют функции поддержания жизни: от расщепления пищи до выработки энергии, наращивания мышечной массы и восстановления тканей.
«Если вы рассмотрите четыре основных строительных блока жизни, такие как основания нуклеиновых кислот, аминокислоты, жирные кислоты и углеводы, мы продемонстрировали, что некоторые жирные кислоты могут образовывать мицеллы и везикулы в серной кислоте, а основания нуклеиновых кислот стабильны в серной кислоте. Было показано, что углеводы обладают высокой реакционной способностью в серной кислоте», — Максвелл
Сигер объясняет. «Это оставило нам только аминокислоты в качестве последнего основного строительного блока для изучения».
Стабильный позвоночник
Ученые начали исследования серной кислоты во время пандемии, проводя эксперименты в домашней лаборатории. С этого времени Сигер и ее сын продолжили работы по химии концентрированной серной кислоты. В начале 2023 года они заказали образцы порошка 20 «биогенных» аминокислот — тех аминокислот, которые необходимы для всей жизни на Земле. Они растворили каждый тип аминокислот в пузырьках с серной кислотой, смешанной с водой, в концентрациях 81% и 98%, что соответствует диапазону, существующему в облаках Венеры.
Затем команда оставила флаконы инкубироваться в течение дня, прежде чем транспортировать их в Приборную базу химического факультета Массачусетского технологического института (DCIF), общую круглосуточную лабораторию, которая предлагает ученым MIT ряд автоматизированных и ручных инструментов. Со своей стороны, Сигер и ее команда использовали лабораторный спектрометр ядерного магнитного резонанса (ЯМР) для анализа структуры аминокислот в серной кислоте.
Проанализировав каждый флакон несколько раз в течение четырех недель, ученые, к своему удивлению, обнаружили, что основная молекулярная структура, или «остов», в 19 из 20 аминокислот остается стабильной и неизменной даже в очень кислых условиях.
«Просто демонстрация того, что этот остов стабилен в серной кислоте, не означает, что на Венере есть жизнь», — отмечает Максвелл Сигер. «Но если бы мы показали, что этот позвоночник скомпрометирован, то у жизни в том виде, в котором мы ее знаем, не было бы никаких шансов».
«Теперь, с открытием того, что многие аминокислоты и нуклеиновые кислоты стабильны в 98% серной кислоте, возможность выживания жизни в серной кислоте может быть не такой уж надуманной или фантастической», — говорит Санджай Лимэй, планетолог из Университета. из Висконсина, который изучал Венеру более 45 лет и не участвовал в этом исследовании. «Конечно, впереди еще много препятствий, но жизнь, которая развилась в воде и адаптировалась к серной кислоте, не может быть легко отброшена».
Команда признает, что химический состав облаков Венеры, вероятно, более запутан, чем условия исследования в «пробирке». Например, ученые измерили в облаках планеты, помимо серной кислоты, различные примеси газов. Таким образом, команда планирует включить некоторые следовые газы в будущие эксперименты.
«Сейчас в мире всего несколько групп, которые работают над химией серной кислоты, и все они согласятся, что ни у кого нет интуиции», — добавляет Сара Сигер. «Я думаю, что мы просто более счастливы, чем что-либо еще, что этот последний результат добавляет еще одно «да» возможности жизни на Венере».
Информация от: Массачусетским технологическим институтом.
Эта история переиздана благодаря MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), популярному сайту, на котором освещаются новости об исследованиях, инновациях и преподавании MIT.
