Пожалуй, главным отличием астрономии от прочих естественных наук является то, что природные процессы, изучаемые астрономами, протекают на огромном удалении от Земли, и вмешиваться в их ход, изменяя условия, ученые не могут.
Иначе говоря, у них нет земной лаборатории, в которой можно смоделировать эти процессы.
Отчасти поэтому споры о том, как зародилась жизнь на Земле, ведутся в плоскости предположений, анализа химического состава других небесных тел да результатов нехитрых химических экспериментов. Зародилась ли жизнь из «первичного бульона» или была занесена на молодую Землю 4,5–3,8 млрд лет назад, когда наша планета подвергалась массированной бомбардировке кометами и астероидами, — наука не дает точного ответа.
Ученые под руководством Зиты Мартинс с факультета наук о Земле Имперского колледжа Лондона решили, что ничего невозможного нет и современные средства позволяют ученым смоделировать в лаборатории бурные процессы, наблюдаемые далеко за пределами Земли.
И даже взорвать в лабораторных условиях комету.
На сегодняшний момент известно, что в составе комет и на поверхности многих небесных тел Солнечной системы присутствуют сложные органические вещества. Так, аммиак и метанол были обнаружены в составе сразу нескольких комет, а простейшая аминокислота глицин была недавно обнаружена в образцах кометы 81P/Вильда, доставленных на Землю по программе космической миссии NASA Stardust.
А данные, полученные с зонда Cassini, говорят о наличии на ледяных спутниках Сатурна метилового спирта, аммиака, углекислого газа и гидрата аммония.
Ученые захотели проверить, способен ли в принципе удар кометы по поверхности небесного тела или падение астероида на ледяное тело Солнечной системы породить аминокислоты, могущие затем стать основой жизни.
В своем эксперименте, результаты которого опубликованы в журнале Nature Geoscience, инженеры использовали специальную пушку, которая выстреливала металлические снаряды в мишень, состав которой напоминал типичный состав комет. Чтобы придать искусственной «комете» подходящую скорость, ученые воспользовались специальной двухступенчатой газовой пушкой, установленной в Кентском университете, и разогнали снаряд до немыслимой скорости – более 7 километров в секунду (чуть меньше первой космической скорости у поверхности Земли).
Мишень представляла собой смесь веществ, которые имеются на поверхности комет и ледяных спутников планет, – гидрат аммиака (NH4OH), сухой лед (CO2) и метиловый спирт (CH3OH).
Перед экспериментом мишень была разделена на две части – контрольную, чистую и ту, по которой произойдет удар. После того как снаряд ударял по мишени, ученые анализировали ее состав на наличие новых соединений.
Оказалось, что после удара смесь обогатилась сразу несколькими аминокислотами, среди них были глицин, d- и l-аланин, α-аминомасляная кислота, а также аминовалериановая кислота, которая входит в состав некоторых животных белков в виде двух стереоизомеров.
«Наше исследование показало, что основные строительные блоки жизни могут рождаться где угодно в Солнечной системе и за ее пределами. Но, чтобы эти «семена» принялись, необходимы особые условия. Открытие расширяет границы областей Солнечной системы, где эти ингредиенты могут формироваться, и добавляет новый штрих к картине того, как расцвела жизнь на нашей планете», — говорит Мартинс.
Расчеты показали, что аминокислоты формируются в малой части мишени (менее 1 мг из 500 г), где при распространении ударной волны резко растет температура, а давление подскакивает до 50 гигапаскалей. «Этот процесс демонстрирует весьма простой механизм, позволяющий перейти от смеси простых молекул воды и углекислого газа к более сложным молекулам, таким как аминокислоты. А это – первый шаг к возникновению жизни. Следующий — переход от аминокислот к более сложным молекулам, таким как протеины», — уверен соавтор работы Марк Прайс.