Великий квест. Гении и безумцы в поиске истоков жизни на Земле

Все эти эксперименты, разумеется, прекрасны, но хлорат натрия, без сомнения, бесконечно далек от биологических молекул. И тем не менее в 2008 году Блэкмонд объединила свои усилия с одной голландской исследовательской группой, чтобы продемонстрировать возможность того же химического процесса с участием вещества, представляющего собой измененную аминокислоту^[440]. В том же году ей и Вьедме удалось, работая вместе, повторить этот эксперимент уже с “нормальной” аминокислотой^[441]. Одну из самых значимых биологических молекул заставили “сменить хиральность”.

Это опять же замечательно, да только среди всех хиральных молекул лишь 10 % могут образовывать “чистые” кристаллы из одной формы в растворе с обеими. Все остальное образует “смешанные” кристаллы, в которых хиральные формы представлены поровну. Как быть с такими веществами?

Свое решение этой проблемы в 1969 году предложил Гарольд Моровиц^[442]. Он обратил внимание на разную скорость растворения в воде кристаллов, образованных разными формами^[443]. Предположим, что кристаллы из левовращающих молекул растворяются легче, чем кристаллы “смешанные” (то есть содержащие обе формы). Это приведет к накоплению в растворе левовращающих молекул. В 2006 году команда Блэкмонд продемонстрировала это для аминокислот^[444]. Особенно впечатлил всех растворенный серин, оказавшийся левовращающим на 99 %.

Все эти открытия последовали в начале XXI века одно за другим. После десятилетий медленного продвижения во тьме и на ощупь у занятых проблемой хиральности химиков появилось сразу несколько реалистичных сценариев, с которыми можно было работать. Научный писатель Филипп Болл коротко заметил по этому поводу: “избалованы выбором”^[445].

И поток новых идей все не иссякает. Относительно недавно физик Рон Нааман продемонстрировал, что лево- и правовращающие молекулы по-разному ведут себя в магнитном поле. В 2019-м его исследовательская группа смогла разделить три аминокислоты на две хиральные формы с помощью магнитов. Пока первая из них образовывала кристаллы на одном полюсе магнита, вторая занималась тем же на противоположном^[446]. Разумеется, сильные магниты в природе являются редкостью, однако слабым магнитным полем обладают многие минералы.

В итоге Блэкмонд сейчас считает, что миллиарды лет назад свою роль могли сыграть сразу несколько механизмов. Вместе они подтолкнули первые биологические молекулы к потере состояния равновесия хиральных форм и преобладанию одной из них.

Если природа действительно может заставить хиральные молекулы выбрать только одну из своих форм, мы должны наблюдать нечто подобное даже там, где никакой жизни нет. Иными словами, если соединения вроде аминокислот образуются где-то за пределами Земли, они должны оказаться смесью с разным количеством хиральных форм.

Первое серьезное свидетельство в пользу этого появилось в 1997 году, и связано оно с именем астрохимика Сандры Пиццарелло^[447]. Пиццарелло и ее коллега Джон Кронин исследовали образцы метеорита, упавшего на Землю близ небольшого городка Мерчинсон в Австралии. Этот камень содержал очень маленькое количество необычной аминокислоты, которая не встречается в живых организмах. Оказалось, что ее левовращающей формы в образце значительно больше. Позднее ученые выяснили, что в случае других аминокислот перевес достигает 18 %^[448]. Очевидно, что по меньшей мере один подобный механизм неплохо работает в метеоритах.

Однако остается неясным, может ли что-то в космосе заставить свободно летающие там органические молекулы потерять равновесие хиральных форм. Большинство находящихся в космосе веществ имеют простую структуру и потому не могут быть хиральными. В 2016 году стало известно о первом исключении: астрономы заметили являющееся хиральным соединение пропиленоксид, что содержится в пылевых облаках на расстоянии многих световых лет от нас^[449]. Пока нам неизвестно, каково в нем соотношение хиральных форм: уже само его обнаружение представляется чудом. Вполне может оказаться, что нарушение пропорции возникает только при взаимодействии с камнями и другими соединениями. В этом случае такой хиральный дисбаланс будет наблюдаться исключительно на планетах и других твердых объектах.

Тем не менее, по крайней мере в ряде ситуаций (включая и имеющие отношение к жизни на Земле) хиральные молекулы действительно склонны существовать преимущественно в одной из своих форм. Но это еще не конец истории.

В настоящее время встала задача встроить наши новые представления о хиральности в тот раздел химии, который заведует созданием биологических молекул и началом жизни^[450]. Прежде обе эти области знаний существовали, можно сказать, отдельно друг от друга. “Те, кого интересует зарождение жизни, не вникают в хиральность, а занятые хиральностью, в свою очередь, не интересуются пребиотической химией”, – поясняет Блэкмонд.