Хиральность жизни на Земле объяснили потоками космических частиц

Доминирование одних оптических изомеров над другими, характерное для всех живых организмов, могло возникнуть на Земле еще до возникновения самой жизни, под действием поляризованных мюонов.

Молекулы аминокислот и сахаров могут складываться в две зеркально симметричные структуры — похожие друг на друга, как наши левая и правая рука. Никакой разницы в химических свойствах между ними нет, и если синтезировать их искусственно, мы получим смесь тех и других изомеров. Однако все живые организмы на Земле используют лишь одну из этих форм — только L-аминокислоты и только D-сахара; исключения из этого существуют, но они единичны.

Впервые это фундаментальное свойство жизни обнаружил еще Луи Пастер, и с тех пор оно остается одной из главных загадок биологии. Различить L- и D-молекулы можно по их взаимодействию со светом. При прохождении сквозь раствор чистого изомера плоскость поляризованного света вращается по часовой стрелке или против нее. Поэтому предполагается, что не химические, а именно физические свойства оптических изомеров привели к тому, что одни из них доминируют в биосфере.

Следующий шаг к объяснению загадки сделали Ноэми Глобус (Noemie Globus) и Роджер Блэндфорд (Roger Blandford) из Стэнфордского университета, статья которых опубликована в The Astrophysical Journal Letters. По мнению ученых, хиральность возникла еще на первых этапах зарождения жизни, во время химической эволюции молекул-предшественников, которая происходила в условиях постоянной бомбардировки космическими лучами.

Такие высокоэнергетические частицы прилетают к нам и от Солнца, и от более далеких источников. К счастью, поверхности Земли они почти не достигают, сталкиваясь с молекулами еще в атмосфере и порождая потоки вторичных частиц, таких как мюоны. Мюоны также существуют лишь непродолжительное время, однако, с учетом околосветовой скорости, успевают проникнуть намного ниже поверхности: эти частицы удавалось зарегистрировать на глубинах более 700 метров.

Сталкиваясь с биологическими полимерами аминокислот (белками) и сахаров (которые входят в состав РНК и ДНК), высокоэнергетические мюоны вызывают их мутации. Однако в силу того, что это излучение поляризовано, с молекулами разной хиральности они взаимодействуют с чуть разной интенсивностью. По мнению ученых, именно это различие — слабое, но действовавшее на протяжении очень долгого времени — сделало одни изомеры более стабильными, а отбор закрепил эту «склонность» жизни.

Любопытно, что аналогичные процессы должны развиваться на других планетах, подходящих для возникновения жизни. Поэтому возможно, что такая же хиральность может быть свойственна и организмам, эволюционировавшим не только на Земле. «Это можно сравнить с рулеткой в Вегасе, в которой предусмотрено небольшое предпочтение красных клеток черным, — объясняет профессор Блэндфорд. — Проведите пару игр, и вы ничего не заметите. Но если вы будете играть в рулетку много лет, тот, кто ставит на красное, получит деньги, а кто ставит на черное — проиграет все».