В метеорите, упавшем на Землю 30 лет назад, впервые обнаружены белковые структуры предположительно внеземного происхождения. Аминокислотные полимеры в этом и других углеродистых метеоритах могли образоваться в протопланетном диске при образовании Солнечной системы или в межзвёздных молекулярных облаках.
Органические компоненты, необходимые для жизни — не редкость в метеоритах. Для их поисков лучше всего подходит класс каменных метеоритов с повышенным содержанием углерода — основного элемента органических соединений. На протяжении последних лет в научной периодике появлялись сообщения об открытии в метеоритах компонентов, существенных для развития жизни, в частности, цианидов (статья в Nature Communications от июня 2019 года; см. также заметку на нашем сайте). В ноябре 2019 года в нескольких метеоритах этого класса впервые обнаружены два типа сахаров и по их геохимическим особенностям установлено их внеземное происхождение. Также давно исследуются аминокислоты и аминокислотные полимеры «метеоритного» происхождения — составные части для формирования белков. С усовершенствованием инструментальной техники дело оставалось за идентификацией структур более высокого уровня организации — белков. Статья группы исследователей из Гарварда — первое исследование, в котором заявлено об обнаружении белковых структур и приведены доказательства их формирования вне Земли. Эта работа является продолжением цикла исследований органических компонентов в метеоритах этого класса. Однако сама статья ещё не опубликована и доступна в виде препринта на arXiv.org. Утверждать, что совершено открытие, таким образом, рано: для этого даже после официальной публикации результаты необходимо будет перепроверить, подтвердив выводы в независимом исследовании. Однако заявленный результат, если он подтвердится, обещает стать ощутимым шагом астробиологии, и новость уже обсуждается в исследовательских кругах и, соответственно, распространяется в лентах научно-популярных новостей.
Метеорит с обозначением Acfer 086 упал в 1990 году в Алжире, а более известный метеорит Альенде (Allende) — в 1969 году в Мексике. Оба относятся к классу углистых хондритов, точнее, к его подгруппе CV3. В этих двух метеоритах учёные раньше уже находили аминокислотные полимеры с молекулярным весом 4641 атомных единиц. Похожие цепочки находили также в некоторых других метеоритах этого класса. Новое исследование претендует на обнаружение белковой структуры массой 2320 атомных единиц только в одном из этих метеоритов, Acfer 086. Белок, для которого предложено название «гемолитин», состоит из цепочек аминокислотных нитей, содержащих аминокислоты глицин и гидроксиглицин. Для этого белка также характерны «окончания» с группами атомов, связывающими цепочки и содержащими железо, литий и кислород.
Шлиф вещества метеорита Альенде в поляризационном микроскопе.
Основным методом исследования была высокоточная масс-спектрометрия MALDI (матрично-активированная лазерная десорбция и ионизация) — методика получения ионов крупных молекул облучением лазерными импульсами при специальных условиях, позволяющих не разрушить само исследуемое вещество. В частности, здесь материал помещается в «матрицу» — некоторый органический субстрат, защищающий его сложные молекулы от разрушения при облучении. Эта сравнительно новая технология, за которую её первооткрыватель японский инженер Коити Танака получил в 2002 году Нобелевскую премию, теперь широко используется для анализа белков и других высокомолекулярных соединений.
Для того, чтобы исследование претендовало на результат в области астробиологии, необходимо обосновать, что органические молекулы в метеоритах образовались за пределами Земли. Такие доказательства — важный этап работы, поскольку в условиях земной лаборатории нужно убедиться в том, что мы не «открыли» попавший внутрь образца метеорита земной белок, или что глициновые молекулы не начали полимеризоваться во время экспериментов. «Внеземное» происхождение органических структур доказывается прежде всего геохимическими методами — по соотношениям изотопов различных элементов, необычным для аналогичных «земных» соединений. Так, используются данные по изотопам углерода (13C/12C), кислорода (18O/16O), водорода (D/H), азота (15N/14N), реже — некоторых других элементов, для которых их «земные» соотношения известны уверенно. Также используется проверка на более высоком уровне — по соотношению «левых» и «правых» энантиомеров. В аминокислотах земного происхождения доминируют «левые» энантиомеры, или L-конфигурации. Есть несколько гипотез, объясняющих это явление, включая вариант с «занесением» когда-то жизни на Землю именно в такой конфигурации. Обнаружение в метеоритном образце другого соотношения энантиомеров — аргумент в пользу внеземного происхождения органики.
В этой работе неземное происхождение гипотетического «гемолитина» обосновывается прежде всего его аномальной обогащённостью тяжёлым изотопом водорода дейтерием, необычной для аминокислот на Земле. По мнению исследователей, это указывает на происхождение соединения или из протопланетного диска (ранние стадии формирования Солнечной системы), или из межзвёздного молекулярного облака. Такое аномально высокое содержание дейтерия ранее подтверждено в веществе молекулярных облаков. Согласно предыдущим оценкам авторов, в условиях «тёплых» плотных молекулярных облаков в межзвёздном пространстве возможна медленная полимеризация простых аминокислот в газовой фазе, не требующая твёрдых поверхностей для протекания реакции. Кроме того, избыточность в этом белке металлических элементов — лития и железа, по их мнению, нехарактерна для земных соединений этого класса, но может соотноситься с их образованием в первых звёздах, возникших около 13 миллиардов лет назад, тем самым не противореча возможности его образования в молекулярных облаках.
Структура гипотетического белка гемолитина. Вверху — представление модели с заполнением пространства, в середине — шаростержневая модель, внизу — участок терминации цепи с атомами Fe (зелёный цвет), O (красный) , Li (оранжевый). Атомы в C-N-цепочках обозначены соответственно серым и синим цветом. Из: M.W.McGeoch et al. Hemolithin: a meteoritic protein containing iron and lithium (2020).
Происхождение гемолитина пока остаётся загадкой. С одной стороны, данные по изотопному обогащению могут указывать на его источник за пределами Солнечной системы или в области образования комет (расстояния до 30 астрономических единиц). В то же время считается, что родительское тело для углистых метеоритов класса CV3 предположительно находится в поясе астероидов на расстоянии 2,3—2,5 а.е. Новый белок (но до подтверждения в независимых исследованиях — гипотетический) также может играть функциональную роль в производстве химической энергии. Так, группы FeO3Fe на участках терминации его цепей уже изучались в другом контексте: они играют роль в фотокаталитическом распаде молекул воды. Однако соответствующих экспериментов по определению биологической роли этого белка пока нет. Поэтому для рассуждений о его связи с «внеземной жизнью» или участии в абиогенезе нужно дождаться более весомых результатов исследований.
Источник: