2000 № 06

Хиральные молекулы, имея одинаковый химический состав, так же отличаются по своей пространственной структуре, как правая и левая перчатки.

МОЛЕКУЛЫ И ПОЛЯРИЗОВАННЫЙ СВЕТ

В 1920—1930-х годах ученые обнаружили, что освещение раствора аминокислоты циркулярно поляризованным светом приводит к полному или частичному разрушению одного из двух зеркальных антиподов. Оказалось, что свет, поляризованный по часовой стрелке (если смотреть навстречу лучу), губительно воздействует на D-молекулы, а поляризованный против часовой стрелки, наоборот, разрушает только L-аминокислоты. Так был найден простой способ отбора молекул с определенным типом зеркальной симметрии. Одновременно этот эксперимент заставил некоторых исследователей задуматься: а не могло ли что-то подобное произойти в масштабах всей планеты на этапе возникновения жизни? Облучение Земли светом, имеющим строго определенную — правую или левую — круговую поляризацию, должно было бы привести к выживанию молекул одного типа зеркальной симметрии и вымиранию другого. Но откуда на Земле мог взяться такой источник света?

ЗАГАДКА МЕРЧИСОНСКОГО МЕТЕОРИТА

В 1983 году химик Эдвард Рубинштейн и трое его коллег из Стенфордского университета предложили искать ответ в космосе: по их мнению, только там мог найтись достаточно мощный источник поляризованного излучения. Кроме того, идею о космическом происхождении асимметрии структуры аминокислот подтверждали исследования метеорита, упавшего около австралийского поселка Мерчисон (Murchison) в 1969 году. Мерчисонский метеорит оказался чрезвычайно богат различными органическими соединениями, в том числе и аминокислотами, причем среди них, как и на Земле, левых молекул было значительно больше, чем правых. Впрочем, некоторые ученые сразу же подвергли сомнению результаты этих исследований, заявив, что преобладание левых аминокислот — всего лишь следствие загрязнения метеорита земной породой.

Дебаты вокруг Мерчисонского метеорита длились 27 лет — до тех пор, пока Майкл Энгель из университета Оклахомы и Стефан Марко из университета Вирджинии не провели решающий эксперимент. Ученые исследовали извлеченные из породы метеорита аминокислоты аланин и глютамин на содержание в них различных изотопов азота. Оказалось, что соотношение атомов азота с массами 14 и 15 отличается от характерного для всех земных объектов: в метеорите тяжелых изотопов было значительно больше. Стало быть, загрязнение земной породой здесь ни при чем. Кстати, те же образцы содержали в два раза больше L-аланина и в три раза больше L-глютамина, чем соответствующих D-молекул.

Итак, не только на Земле, но, возможно, и во всей Солнечной системе левые аминокислоты преобладают над правыми. Чтобы понять, где и каким образом впервые зародилась эта асимметрия, исследований одного только метеорита явно недостаточно. Однако эксперименты Энгеля и Марко дают важную подсказку: измеренное ими соотношение изотопов азота совпало со значениями, полученными астрономами в ходе спектроскопических исследований межзвездного вещества. Похоже, что аминокислоты Мерчисонского метеорита состоят из атомов, которые ранее были частью межзвездных газопылевых облаков. Но если аминокислоты с зеркальной асимметрией впервые образовались именно в межзвездном веществе, то как же они попали на Землю?

ГАЗОПЫЛЕВЫЕ ОБЛАКА — «КОЛЫБЕЛЬ» ЗВЕЗД

Примерно половина межзвездного вещества нашей галактики диффузно рассеяна в космическом пространстве. Другая половина, напротив, сконцентрирована в гигантских молекулярных облаках. Млечный Путь содержит несколько тысяч таких скоплений, поперечные размеры которых достигают 250 световых лет. Молекулярные облака состоят главным образом из водорода (около 75 %) и гелия (около 23 %). На оставшиеся 2 процента приходятся все остальные химические элементы. Несмотря на очень низкую температуру открытого космоса, водород и гелий пребывают в газообразном состоянии, а углерод, кислород, азот, неон, сера, магний, аргон, кремний, железо и другие элементы образуют твердые частицы космической пыли. Столкновения движущихся частиц могут приводить к химическим реакциям на их поверхности и, следовательно, к образованию новых, более сложных соединений. При этом за счет энергии столкновения некоторые молекулы отрываются от поверхности пылинки и становятся частью межзвездного газа. С помощью радиотелескопов астрономам уже удалось обнаружить в гигантских молекулярных облаках монооксид углерода, этанол, цианотетрацетилен и другие вещества (правда, аминокислоты в молекулярных облаках пока не найдены).