Учёные выяснили, как внеземная жизнь могла бы существовать в кислотных облаках Венеры
Теоретически некоторые формы внеземной жизни могли бы существовать в чрезвычайно суровых условиях облаков Венеры. К такому выводу пришли исследователи Массачусетского технологического института (MIT), изучив устойчивость органических молекул в концентрированной серной кислоте.
Результаты работы заставляют пересмотреть традиционные представления о том, какие условия необходимы для возникновения и существования жизни. Исследователи показали, что некоторые молекулы, лежащие в основе биологических процессов, способны сохранять структуру в среде, которая считалась практически несовместимой с жизнью.
«Мы пока не знаем всего разнообразия типов планет, которые существуют во Вселенной, — говорит старший автор исследования Сара Сигер, профессор планетологии MIT. — Мы ищем экзопланеты, похожие на Землю, но что, если большинство из них больше напоминают Венеру? Наши результаты значительно расширяют возможные сценарии существования жизни».
Почему облака Венеры не так безнадёжны, как поверхность планеты
Поверхность Венеры — одно из самых экстремальных мест в Солнечной системе. Температура у поверхности достигает примерно 465 °C, а атмосферное давление почти в 90 раз превышает земное.
Однако на высоте примерно 50–65 километров над поверхностью существуют слои атмосферы, где температура и давление значительно ближе к земным. Именно поэтому некоторые исследователи рассматривают венерианские облака как потенциально пригодную среду для существования микроорганизмов.
Главная проблема заключается в химическом составе облаков. Они почти полностью состоят из концентрированной серной кислоты. Для известных земных организмов такая среда смертельно опасна, поскольку сильная кислота разрушает многие биологические молекулы.
Долгое время считалось, что в подобных условиях сложные органические соединения не смогут сохранять устойчивую структуру. Однако эксперименты исследователей MIT показывают, что это предположение может быть слишком категоричным.
Пептиды оказались неожиданно устойчивыми
Исследователи изучали, как различные биологические молекулы ведут себя в концентрированной серной кислоте. Предыдущие эксперименты, начатые в лаборатории Сигер в 2020 году, показали, что нуклеиновые кислоты, липиды и аминокислоты способны сохранять целостность в такой среде.
На этот раз учёные сосредоточились на пептидах — коротких цепочках аминокислот, которые являются важными строительными блоками белков.
С помощью спектроскопии ядерного магнитного резонанса исследователи изучили поведение пептидов в растворах концентрированной серной кислоты. Оказалось, что некоторые из них способны сохраняться в течение нескольких недель.
Более того, молекулы не просто оставались химически стабильными. Они формировали устойчивые трёхмерные структуры, которые потенциально могли бы выполнять определённые функции.
«Если пептиды попадут в слой облаков с концентрированной серной кислотой, они смогут сохраняться там в стабильном состоянии, — объясняет соавтор работы Мэй Хун, профессор химии MIT. — А если макромолекулы приобретают определённую трёхмерную структуру, у них потенциально может появиться функция».
Отсутствие воды может оказаться преимуществом
Неожиданную роль в устойчивости пептидов может играть именно недостаток воды.
Обычно вода способствует гидролизу — химической реакции, при которой пептидные связи разрушаются. В практически безводной среде этот процесс существенно ограничен.
Поэтому концентрированная серная кислота в определённых условиях может оказаться менее разрушительной для некоторых молекул, чем можно было бы ожидать.
«Без воды кислота, которую обычно считают чрезвычайно агрессивным растворителем, внезапно оказывается не настолько опасной, как можно было бы предположить», — говорит Хун.
Исследователи также обнаружили, что молекулы серной кислоты могут способствовать формированию определённых структур пептидов. В частности, пептиды способны образовывать так называемые омега-петли — элементы пространственной структуры, встречающиеся в некоторых природных белках.
Это особенно интересно с точки зрения происхождения жизни, поскольку для биологической функции недостаточно просто сохранить органическую молекулу. Она должна ещё и приобретать определённую пространственную конфигурацию.
Что это значит для поиска внеземной жизни
Работа не доказывает существование жизни на Венере. Исследователи не обнаружили там ни организмов, ни признаков биологической активности.
Однако результаты показывают, что некоторые химические компоненты, необходимые для потенциальной жизни, теоретически могут сохраняться в венерианских облаках.
Учёные рассматривают этот результат в контексте гипотезы панспермии, согласно которой органические соединения или потенциальные предшественники жизни могут распространяться между небесными телами с астероидами, кометами и другими космическими объектами.
Если сложные органические молекулы способны переживать попадание в кислотные облака Венеры и сохранять функционально значимые структуры, это расширяет диапазон сред, которые имеет смысл рассматривать при поиске внеземной жизни.
В дальнейшем исследователи намерены изучить ещё более сложные молекулярные системы. В частности, они планируют синтезировать пептидные нуклеиновые кислоты (PNA) — молекулы, которые рассматриваются как возможный химический аналог ДНК.
Предыдущие эксперименты показали, что одиночная цепь PNA способна сохраняться в серной кислоте. Теперь учёные хотят проверить, сможет ли PNA формировать структуру из двух связанных цепей, напоминающую двойную спираль ДНК.
Также исследователи планируют выяснить, способны ли длинные пептиды сохранять устойчивые омега-петли в концентрированной серной кислоте.
Таким образом, работа не утверждает, что жизнь на Венере существует, но показывает, что сама химическая среда её облаков может быть гораздо интереснее для астробиологов, чем считалось прежде. Возможно, при поиске внеземной жизни стоит рассматривать не только миры, похожие на Землю, но и планеты с совершенно иной химией.
Исследование в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.