Нове дослідження показує, що хімічні реакції, які могли б підтримувати біологію, радикально відрізняються від життя на різних планетах, використовуючи безліч елементів, крім вуглецю, на якому ґрунтується життя Землі. На Землі життя ґрунтується на органічних сполуках. Ці молекули складаються з вуглецю і часто включають інші елементи, такі як водень, кисень, азот, фосфор і сірка.
Проте вчені вже давно запитують, чи може інопланетне життя розвиватися на основі зовсім іншої хімії. Наприклад, дослідники вже давно припускають, що кремній може бути основою біології.
«Важливо вивчити ці можливості, щоб ми мали уявлення про те, як можуть виглядати всі форми життя, а не лише земне життя», — каже старший автор дослідження Бетюль Качар, астробіолог, бактеріолог та біолог-еволюціоніст з Університету Вісконсін-Медісон.
Вид хімічної взаємодії, ключове життя на Землі, відомий як автокаталіз. Автокаталітичні реакції є самопідтримуючими — вони можуть виробляти молекули, які сприяють повторенню тієї ж реакції. Уявіть собі зростаючу популяцію кроликів. Пари кроликів збираються, виробляють нащадки нових кроликів, а потім нові кролики виростають, утворюючи пари та даючи ще більше кроликів. Не потрібно багато кроликів, щоб незабаром їх побільшало.
«Одна з основних причин, через яку дослідники походження життя цікавляться автокаталізом, полягає в тому, що розмноження — ключова особливість життя є прикладом автокаталізу», — сказав Качар. «Життя каталізує освіту нового життя. Одна клітина виробляє дві клітини, які можуть стати чотирма і таке інше. У міру того як число клітин множиться, кількість та різноманітність можливих взаємодій відповідно множаться».
У новому дослідженні вчені шукали автокаталіз крім органічних сполук. Вони дійшли висновку, що автокаталіз може сприяти абіогенезу — виникненню життя з неживості. Вчені зосередилися на циклах співпропорціонування, які можуть генерувати кілька копій молекули. Ці продукти можна використовувати як вихідні матеріали, щоб допомогти повторенню цих циклів, що призведе до автокаталізу.
«Сопропорціонування, мабуть, унікальне, тому що це єдина реакція, яка дає кратний результат — це дуже схоже на розмноження», — розповів Space.com провідний автор дослідження Чжень Пен, біолог-еволюціоніст з Університету Вісконсін-Медісон.
Щоб знайти ці реакції, вчені проаналізували понад два століття оцифрованих наукових документів, написаних різними мовами. «Завдяки ефективним інструментам мовного пошуку та перекладу ми змогли розробити та провести цю першу у своєму роді оцінку поширеності автокаталітичних циклів», — сказав співавтор дослідження Зак Адам, геолог з Університету Вісконсін-Медісон. розповів Space.com.
Зрештою дослідники виявили 270 різних циклів автокаталітичних реакцій. «Автокаталіз, можливо, не така вже рідкість, але натомість він може бути загальною рисою багатьох різних середовищ, навіть тих, які справді відрізняються від земної», — сказав Качар.
У більшості 270 циклів не використовувалися органічні сполуки. Деякі з них були зосереджені на елементах, які відсутні або надзвичайно рідкісні в житті Землі, таких як ртуть або радіоактивний метал торій. Ряд циклів, ймовірно, відбувається тільки за надзвичайно високих або низьких температур, або тисків.
Дослідники навіть виявили чотири автокаталітичні цикли за участю шляхетних газів, які лише зрідка вступають у хімічну реакцію з іншими елементами. Якщо навіть щодо інертного газу, такий як ксенон, може брати участь в автокаталізі, «є вагомі підстави припускати, що автокаталіз відбувається легше в інших елементах», — сказав Пен.
Тільки вісім цих циклів були відносно складними та складалися з чотирьох або більше реакцій. Більшість із 270 циклів були простими, кожен складався лише з двох реакцій.
«Вважалося, що такі реакції дуже рідкісні», — сказав Качар у своїй заяві. «Ми показуємо, що це насправді не рідкість. Просто потрібно шукати у правильному місці».
Дослідники зазначили, що можна об’єднати кілька циклів разом, навіть якщо вони дуже відрізняються один від одного. Це може призвести до хімічних реакцій, що самопідтримуються, які генерують різноманітний набір молекул, що створює велику складність.
«Маючи під рукою так багато базових рецептів автокаталізу, фокус досліджень тепер може зміститися на розуміння того, як автокаталіз через співпропорціонування може мати більш виражені ефекти у формуванні хімії планети», — сказав Качар.
«Цикли, представлені тут, — це набір базових рецептів, які можна змішувати та поєднувати способами, які раніше не застосовувалися на нашій планеті», — сказав Пенг. «Вони можуть призвести до відкриття абсолютно нових прикладів складної хімії, які працюють в умовах, коли цикли на основі вуглецю або навіть кремнію або спалюються, або вимерзають».
Залишається невизначеним, наскільки правдоподібними є ці цикли, попереджають дослідники. «Не гарантовано, що всі зібрані нами приклади можна буде запустити в лабораторії або знайти на інших астрономічних об’єктах», — сказав Пенг.
На додаток до наслідків, які ця робота може мати для пошуку життя у Всесвіті та розуміння походження життя, це дослідження може мати практичне застосування, наприклад, «оптимізацію хімічного синтезу та ефективне використання ресурсів та енергії», сказав Адам. «Інша — для використання хімічних сполук для цікавих завдань, таких як хімічні обчислення». Джерело
