Життя на далекій планеті — якщо воно там є — може бути зовсім не схожим на життя на Землі. Але в коморі Всесвіту дуже багато хімічних інгредієнтів і дуже багато способів їх змішувати. Команда під керівництвом вчених з Університету Вісконсін-Медісон використала ці обмеження, щоб написати кулінарну книгу із сотнями хімічних рецептів, які потенційно можуть породити життя.
Їхній список інгредієнтів міг би зосередити пошуки життя деінде у Всесвіті, вказуючи на найімовірніші умови — планетарні версії техніки змішування, температуру духовки та час випікання — для того, щоб рецепти з’єдналися. Процес просування від основних хімічних інгредієнтів до складних циклів клітинного метаболізму та розмноження, які визначають життя, кажуть дослідники, вимагає не лише простого початку, але й повторення.
«Походження життя — це справді процес «щось із нічого», — каже Бетюл Качар, астробіолог, який підтримує НАСА, і професор бактеріології університету Медісон. «Але це не може статися один раз. Життя зводиться до хімії та умов, які можуть генерувати самовідтворювану модель реакцій».
Хімічні реакції, в результаті яких утворюються молекули, які спонукають ту саму реакцію повторюватися знову і знову, називаються автокаталітичними реакціями. У новому дослідженні, опублікованому в Журналі Американського хімічного товариства, Жень Пен, докторант лабораторії Kaçar, і його співробітники зібрали 270 комбінацій молекул, що включають атоми з усіх груп і серій у періодичній таблиці, з потенціалом стійкого автокаталізу.
«Вважалося, що такі реакції дуже рідкісні», — каже Качар. «Ми показуємо, що насправді це далеко не рідкість. Вам просто потрібно шукати в потрібному місці».
Дослідники зосередили свій пошук на так званих реакціях компропорціонування. У цих реакціях дві сполуки, які включають той самий елемент з різною кількістю електронів або реакційноздатних станів, об’єднуються, створюючи нову сполуку, у якій елемент знаходиться в середині початкових реакційноздатних станів.
Щоб бути автокаталітичним, результат реакції також повинен забезпечити вихідні матеріали для повторного повторення реакції, тому результат стає новим входом, каже Зак Адам, співавтор дослідження та геолог з UW-Madison, який вивчає походження життя на Землі. Реакції компропорціонування призводять до появи кількох копій деяких залучених молекул, що забезпечує матеріали для наступних етапів автокаталізу.
«Якщо ці умови правильні, ви можете почати з відносно невеликої кількості таких результатів», — каже Адам. «Кожного разу, коли ви виконуєте цикл, ви викидаєте принаймні один додатковий результат, який прискорює реакцію та робить її ще швидшою».
Автокаталіз схожий на зростання популяції кроликів. Пари кроликів збираються разом, створюють посліди нових кроликів, а потім нові кролики виростають, щоб об’єднатися в пари і зробити ще більше кроликів. Не потрібно багато кроликів, щоб незабаром мати їх набагато більше.
Проте шукати у всесвіті гнучкі вуха й нечіткі хвости, ймовірно, не виграшна стратегія. Натомість Качар сподівається, що хіміки візьмуть ідеї зі списку рецептів нового дослідження та перевірять їх у каструлях і сковорідках, що імітують позаземні кухні.
«Ми ніколи точно не дізнаємося, що саме сталося на цій планеті, щоб зародити життя. У нас немає машини часу», — каже Качар. «Але в пробірці ми можемо створити кілька планетарних умов, щоб зрозуміти, як взагалі може розвиватися динаміка підтримки життя».
Качар очолює підтримуваний НАСА консорціум під назвою MUSE, який займається використанням і відбором металів через епохи. Її лабораторія зосереджуватиметься на реакціях, зокрема елементів молібдену та заліза, і вона з нетерпінням чекає, що готують інші з найбільш екзотичних і незвичайних частин нової книги рецептів.
«Карл Саган сказав, що якщо ви хочете спекти пиріг з нуля, спочатку ви повинні створити всесвіт», — каже Качар. «Я думаю, якщо ми хочемо зрозуміти Всесвіт, спершу ми повинні спекти кілька пирогів». Джерело