Серные облака Венеры могут быть не такими негостеприимными, как считалось

Новое исследование показывает, что пептиды могут складываться в «омега-петли», связанные с биологическими функциями, даже в высококислотной среде.

Бледное лицо Венеры скрывает враждебную реальность, разворачивающуюся под её облаками, — негостеприимную для известных нам форм жизни. Кислотные ливни и удушающая атмосфера, богатая углекислым газом, приводят к обжигающим температурам поверхности около 467 °C и атмосферному давлению примерно в 93 раза выше, чем на уровне моря на Земле.

И всё же сами облака, состоящие почти целиком из серной кислоты, десятилетиями будоражат любопытство астробиологов, особенно в верхних слоях, где условия среды могут поддерживать жидкости и органические молекулы, принесённые метеоритными дождями. Некоторые видят в облаках возможность проверить, могут ли формы жизни не только выживать в концентрированной серной кислоте, но и полагаться на неё вместо воды.

В последние годы планетолог Массачусетского технологического института Сара Сигер и её команда показали, как химические связи в аминокислотах и основаниях нуклеиновых кислот — строительных блоках белков, а также ДНК и РНК соответственно — могут сохраняться в концентрированной серной кислоте. Чем концентрированнее становится серная кислота, тем меньше молекул воды присутствует, чтобы запустить гидролиз, разрывающий химические связи молекулы.

«Этого вообще не должно происходить, и всё же это происходит».

В исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, команда показывает, что некоторые пептиды — или цепи аминокислот — также могут оставаться неповреждёнными в концентрированной серной кислоте. И они могут пойти дальше, складываясь в характерную узловую форму, называемую омега-петлёй, которая могла бы придать этим цепям биологические функции.

«Этого вообще не должно происходить, и всё же это происходит», — сказал соавтор Януш Петковский, астробиолог из Вроцлавского университета науки и технологий в Польше. Он давний сотрудник Сигер, которая в октябре займёт должность в Университете Торонто.

Обнаружив эти формы, команда отказалась от предположения, что концентрированная серная кислота разрушает каждый пептид, с которым вступает в контакт. Находка может означать расширение поиска признаков жизни за пределами Земли на новые среды, ранее считавшиеся слишком враждебными для поддержки биологических функций.

Об омега-петлях

Омега-петли — одна из многих форм, в которые пептиды могут складываться в природе, и обычно они известны как возникающие в водной химии. Учёные не думали, что такие связи могут существовать в концентрированной серной кислоте; считалось, что присутствие избыточных протонов и водородных связей будет препятствовать складыванию или разворачивать любую трёхмерную структуру.

В новой работе исследователи протестировали три синтезированных пептида. В воде пептиды выстраивались в плоские листы без складывания. В концентрированной серной кислоте они складывались в омега-петли.

Не каждый пептид может оставаться стабильным в кислоте, не говоря уже о складывании. Несколько лет назад команда Сигер сообщила о деградации дипептидов в кислоте. Но последнее исследование заставляет астробиологов пересмотреть широко распространённые предположения о поведении органических соединений в этой среде.

«Самое интересное — они находят, что некоторые пептиды стабильны, а некоторые нет», — сказал Мартин Рам, квантовый химик и астробиолог из Технологического университета Чалмерса, не участвовавший в исследовании. Комментируя омега-петлю, он сказал: «По-видимому, это не похоже на случайный клубок».

Однако Рам был «менее уверен» в интерпретации этих пептидов как несущих омега-петли. Исследователи использовали спектроскопическую технику под названием ядерный магнитный резонанс, чтобы идентифицировать структуры, применяя магнитное поле к пептидам и наблюдая, как их атомы перестраиваются. Но программное обеспечение для моделирования, использованное исследователями, не было предназначено для интерпретации структур в средах на основе серной кислоты.

Хотя концентрированная серная кислота — «серьёзно недоизученный» растворитель, по словам Петковского, он сказал, что команда позаботилась о том, чтобы принять контрольные меры для избежания предвзятости в своих структурных моделях, обнаружив, что три протестированных пептида несли омега-петли «слегка» разной кривизны. Петли появлялись вновь при каждом допущении, которое они варьировали и проверяли.

Жизнь в кислотной среде

Возможно, ещё слишком рано рассуждать, имеют ли эти омега-петли биохимические функции, отчасти потому, что само исследование не обязательно указывает на это. «Если все они складываются в одно и то же (омега-петли), это может быть даже плохо для жизни», — сказал Рам. Причина в том, что ни один из пептидов не складывался бы в другие структуры, необходимые для жизни, как мы её знаем, — такие как листы и спирали.

«С астробиологической точки зрения серная кислота может быть во многих местах и, вероятно, на Венере. Так что понимание того, что может в ней выжить, какая химия может происходить, было бы важно независимо от того, связано ли это с жизнью или нет».

«Впереди много работы», — сказал Петковский. Хотя он согласился с Рамом в том, что повсеместность омега-петель не обязательно указывает на жизнь, он отметил, что команда только начала экспериментировать с различными пептидами, исследуя множество возможных форм, в которые пептиды могут складываться, и аминокислотные последовательности за пределами тех, что встречаются в жизни на Земле. «Одно из направлений исследований — по сути, рассмотрение серной кислоты как растворителя для жизни».

«С астробиологической точки зрения серная кислота может быть во многих местах и, вероятно, на Венере, — сказал Рам. — Так что понимание того, что может в ней выжить, какая химия может происходить, было бы важно независимо от того, связано ли это с жизнью или нет».

Таким образом, добавил он, «мы сможем понять то, что найдём, когда отправимся туда».