Хранители времени. Реконструкция истории Вселенной атом за атомом

В январе 2000 года, ознаменовав наступление нового тысячелетия (хотя и с опозданием на восемнадцать дней), огненный шар озарил утреннее небо на северо-западе Канады, над границей Британской Колумбии и территории Юкон. Предполагаемая масса приближающегося метеора составляла 66 тонн, хотя предполагается, что вся она, за исключением примерно 2 %, сгорела во время его пребывания в атмосфере еще до того, как он упал на лед озера Тагиш. В конечном итоге исследователи собрали около 10 кг фрагментов (только 1 % от общего количества выпавших обломков) и обнаружили, что такие аминокислоты, как треонин, серин, аспарагиновая кислота и глутаминовая кислота, имеют поразительный избыток левосторонних молекул: 99 %, 80 %, 45 % и 50 % соответственно¹³. Аланин был обогащен левосторонними молекулами только на 8 % (хотя они все равно неизменно присутствовали в избытке). В этих аминокислотах содержался повышенный уровень¹³C, что исключало загрязнение. В ходе лабораторных исследований аспарагиновой кислоты удалось установить, что она может образовывать кристаллы, которые оказываются либо только левосторонними, либо только правосторонними, либо представляют собой равное смешение лево- и правосторонних молекул. А кроме того, выяснилось, что различные температуры и концентрации по-разному влияют на результат¹⁴.

Кажется, что левосторонние аминокислоты всегда преобладают, хотя в большинстве случаев превышение скромное, если не считать проб, взятых на озере Тагиш. Достаточно ли этого небольшого смещения, чтобы уверенно утверждать, что вся жизнь – левонаправленная? В 2008 году Рон Бреслоу, мой покойный коллега из Колумбийского университета и бывший президент Американского химического общества, выступил на ежегодном собрании общества с докладом, в котором сообщил о том, как умеренный дисбаланс левых и правых молекул можно увеличить, создав условия, которые могли существовать на первобытной Земле. Вместе с Минди Левайн, аспиранткой Колумбийского университета (ныне она – профессор Род-Айлендского университета), он показал, что добавление предшественников аминокислот (фрагментов полных молекул) к раствору «левых» молекул приводит к образованию большего количества последних. Более того, если начать с раствора, содержащего лишь 5-процентный избыток «левых» аминокислот, равное количество «левых» и «правых» молекул будет кристаллизоваться и выпадать из раствора в осадок, оставляя преобладающую левостороннюю популяцию в воде¹⁵. Получается, что небольшие излишки, доставленные метеоритами на Землю в ее самые ранние дни, могли возобладать среди предшественников жизни – и устремиться, словно каскад, к «левонаправленному» миру, в котором мы живем сегодня, 4,5 миллиарда лет спустя¹⁶.

Возникает вопрос: почему в ранней Солнечной системе, в которой образовались метеоры, предпочтение отдавалось «левым» молекулам? Существует несколько объяснений, но у меня есть любимое. В главе 15 мы еще узнаем, что незадолго до того, как начала формироваться Солнечная система, недалеко от нас взорвалась звезда. Одно из последствий такого звездного взрыва – это коллапсирующее звездное ядро, имеющее плотность атомного, но длиной 10 км в поперечнике, нейтронная звезда (см. гл. 16). Эти удивительные объекты вращаются с невероятной скоростью (до пятидесяти раз в секунду), и их магнитное поле от 10 до 100 триллионов раз сильнее, чем у Земли. В результате вдоль их северных и южных магнитных полюсов в космос, точно луч от маяка, изливается излучение. Одно из свойств этого излучения заключается в том, что оно циркулярно поляризовано; то есть ориентация осциллирующих электрических и магнитных полей, которые мы обсуждали в главе 4, проходит по кругу по мере их движения в пространстве.

Свет одного из полюсов нейтронной звезды вращается по часовой стрелке, а свет другого полюса – против часовой. Свет с круговой поляризацией может вызывать колебания молекулярных связей и, если возбуждение становится слишком сильным, разрушать их. Правосторонние молекулы охотнее отзываются на вращение по часовой стрелке, и если бы полюс близкой к нам нейтронной звезды, вращающийся именно так, был направлен в сторону газопылевого облака, которому предстояло стать Солнечной системой, это могло бы методично разрушать больше «правых» молекул, чем «левых». Так может быть, именно благодаря этому произошло смещение, в результате которого сам характер жизни стал «левосторонним». Впрочем, даже несмотря на всю привлекательность этой яркой картины, она не может объяснить самые большие излишки, наблюдаемые в метеоритах, – по всей видимости, необходимы еще и процессы обработки, происходящие в родительском теле метеора и до, и, возможно, после его падения на Землю¹⁷.