Электроны оказались повинны в асимметрии природы
Многие органические молекулы, в том числе глюкоза и большинство биологических аминокислот, являются хиральными. То есть существуют левосторонние и правосторонние модификации абсолютно одинаковых в отношении состава молекул, которые являются зеркальными двойниками друг друга. Грубо говоря, молекулы отличаются друг от друга так же как и ладони рук, вроде бы одинаковые, но всё же не абсолютные близнецы.
Всё живое стремится постоянно использовать один из возможных вариантов, например, двойная спираль ДНК в своей стандартной конфигурации всегда закручена правосторонне. Однако причина такой ориентации долгое время оставалась загадкой для учёных.
Многие учёные полагают, что этот феномен — всего лишь воля случая. Возможно, статистически в первичном "бульоне" из первых молекул правосторонние вещества превалировали над своими зеркальными копиями, в силу чего этот дисбаланс сохранился в процессе эволюции и усилился с течением времени.
Асимметрия в законах природы наблюдается и в физических явлениях, которые, вероятно, и нарушили баланс на начальных этапах эволюции жизни. Так, слабое ядерное взаимодействие является единственной силой природы, которая имеет "предпочтения" по ориентации: электроны, созданные в субатомном процессе, известном как β-распад, всегда являются левосторонними. Это означает, что их спин, квантовый момент импульса элементарных частиц, всегда будет противоположен направлению движения электрона.
В 1967 году биохимик Фредерик Вестер (Frederic Vester) и учёный-эколог Тило Ульбрихт (Tilo Ulbricht) предположили, что фотоны, генерируемые так называемыми спин-поляризованными электронами, могли бы разрушить больше одних молекул, чем других, создавая тем самым дисбаланс. Тем временем некоторые группы физиков утверждали, что сами электроны могут быть источником биохимической асимметрии.
Тем не менее, доказать экспериментально гипотезу Вестера и Ульбрихта не удалось. Напротив, все результаты экспериментов демонстрировали полный баланс за исключением явных статистических погрешностей, сообщает соавтор нового исследования Тимоти Гай (Timothy Gay), химик из университета Небраски-Линкольна.
"Возможность удачно провести химическую реакцию по разрушению органических молекул спин-поляризованными электронами помогла бы нам исключить некоторые из теорий, объясняющие дисбаланс частиц. Также мы очень хотели взглянуть на физику процесса", — рассказывает Гай.
Вместе со своими коллегами Гай решил провести лабораторный эксперимент. Физики выстреливали слабоэнергетическими спин-поляризованными электронами по газобразной камфоре бромистой — органическому соединению, используемому порой как успокоительное средство. В результате некоторые электроны оказались захвачены молекулами газа, после чего они перешли в возбуждённое состояние.
Вследствие этого молекулы затем распадались, генерируя ионы метила и другие высокоактивные соединения. Измеряя поток образующихся ионов, исследователи смогли определить, как часто протекала каждая реакция для каждого отдельного спин-поляризованного электрона.
Исследователи обнаружили, что левоориентированные молекулы бромкамфоры несколько чаще вступали в реакцию с правоориентированными электронами, чем с их зеркальными копиями. Обратное также оказалось верным и для правоориентированных молекул газа. При самых низких энергиях направление спина переворачивается, в результате чего возникает противоположная асимметрия.
"Асимметрия оказалась крошечной, но вполне заметной. Это как если бы мы 20 тысяч раз подбросили монетку, и 10003 раза нам бы выпал орёл и 9997 решка", — поясняет Гай.
Главным своим успехом команда учёных называет проведение эксперимента при низких скоростях и энергиях. После стольких лет неудач, результаты наконец были получены, и химики могут сделать первые выводы о теперь уже доказанной гипотезе Вестера и Ульбрихта. Результаты исследования были опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Критики этой теории и эксперимента Гая и его коллег сообщают, что нет никакой намеренной природной асимметрии. Эксперимент, по их мнению, лишь доказывает хиральную симметрию и наличие в ней погрешностей, вызванных фоновыми явлениями.
Тем не менее, по мнению исследователей, возникновение спин-поляризованных электронов заставило всё живое стать хирально селективным. Однако до сих пор нет ответа на вопрос, как возникли самые первые спин-поляризованные электроны?
Первоисточником считаются β-частицы, которые может породить фосфор-32, распадающийся на серу-32, и на мюоны, элементарные частицы, образующиеся в конце цепочки распадов, когда частицы космических лучей попадают в атмосферу. В обоих случаях электроны должны были лететь гораздо быстрее, чем в эксперименте Гая, но он говорит, что электроны могут значительно замедлиться, не теряя своей хиральности. Впрочем, учёным ещё предстоит уточнить, действительно ли спин-поляризованные электроны образуются в результате β-распада, а не каких-либо иных физико-химических процессов.
Учёные также отмечают, что взаимодействие левосторонних электронов с органическими молекулами не является единственным из возможных объяснений хиральной асимметрии жизни. Экспериментально доказано, что свет с круговой поляризацией, который возникает в результате рассеяния света в атмосфере Земли и в нейтронных звёздах, также способен передавать свою ориентацию аминокислотам.
В будущем Гай и его коллеги планируют провести больше экспериментов и с другими молекулами газов, чтобы записать больше статистических данных о возникающей асимметрии.
Комментарии 1
|
0  
Pivovan
27.09.2014 12:41
[Материал]
Возможно, ученым очень интересно искать причины закономерных явлений явлений в "слепой" стихии Природы (Вселенной), но если принять за основу Плану Творца по создание Вселенной, то каждое явление имеет свое строго соответствующее место в нем.
"повторяю, в этом СОВЕРШЕННОМ Мире всем, включая и человека, не только отведено своё место, но и определён смысл и задачи ТВОРЕНИЯ, ибо в этом, повторяю, СОВЕРШЕННОМ Пространстве ВСЁ выверено с математической точностью!" (Откровения, стих 3, 11.08.14. - Люби и Твори) |
| В Турции раскопали 3000-летнее изображение богини преисподней (0) |
| Обнаружено "инопланетное растение" (0) |
| Гороскоп на 22 декабря 2024 года: Что предсказывают звезды для каждого знака зодиака (0) |
| В древней гробнице найден уникальный составной доспех из рыбьей чешуи (0) |
| Мухи оказались уязвимее для потепления (0) |
