Badania wykazały, że aminokwasy mogą tworzyć peptydy – budulec życia – w kosmosie, potencjalnie wyjaśniając pochodzenie życia. Według wcześniejszych teorii aminokwasy przywiezione przez komety i meteoryty zasiały Ziemię we wczesnych stadiach jej powstawania. Wtedy przemiana tych kwasów w peptydy nastąpiła po ich przybyciu, a nie wcześniej. Nowe badanie obala ten pogląd, argumentując, że taka transformacja może mieć miejsce w kosmosie.

Jak zaczęło się życie? Jest to jedno z najbardziej fundamentalnych pytań zadawanych w całej historii ludzkości przez postacie religijne, filozofów i naukowców. Ale od 2022 roku nie ma na to jednej odpowiedzi. Dla naukowców to pytanie dotyczy przede wszystkim pochodzenia organizmów jednokomórkowych, które, sądząc po skamielinach, pojawiły się kilkaset milionów lat po uformowaniu się planety. 

Wynika to głównie z faktu, że to właśnie te organizmy jednokomórkowe położyły podwaliny pod proces ewolucyjny oparty na doborze naturalnym, który doprowadził do powstania szerokiej gamy złożonych form życia, które obserwujemy dzisiaj. Jednak pytanie, jak powstały te pierwsze organizmy, pozostaje bez odpowiedzi.

Teraz zespół naukowców z Uniwersytetu Friedricha Schillera w Jenie i Instytutu Astronomii im. Maxa Plancka wykazał, że w surowym środowisku kosmicznym aminokwasy można przekształcić w bardziej złożone peptydy, kluczowe składniki życia.

Zgodnie z komunikatem prasowym zapowiadającym nowe badanie, „Aminokwasy, zasady nukleinowe i różne cukry znalezione na przykład w meteoroidach pokazują, że ich pochodzenie może być pozaziemskie. Jednak tworzenie peptydu z pojedynczych cząsteczek aminokwasów wymaga specjalnych warunków, które, jak wcześniej sądzono, najprawdopodobniej istnieją na Ziemi."

Do tej pory warunki te zwykle obejmowały obecność wody, przede wszystkim dlatego, że za każdym razem, gdy zasadowy aminokwas łączy się z innym, tworząc łańcuch peptydowy, cząsteczka wody musi zostać usunięta. Woda odgrywa ważną rolę w zwykłym sposobie tworzenia peptydów. Obliczenia z chemii kwantowej wykazały, że aminokwas glicynę można wytworzyć poprzez połączenie prekursora chemicznego – aminoketenu – z cząsteczką wody. Upraszczając, w tym przypadku wodę trzeba dodać na pierwszy etap reakcji, a woda musi zostać usunięty na drugi.

Ten sprzeczny zestaw okoliczności zmusił naukowców do spojrzenia na pochodzenie peptydów w zupełnie inny, szokująco prostszy sposób, całkowicie eliminując jeden z dwóch etapów i wodę z procesu. Zamiast przechodzić przez szlak chemiczny, który wytwarza aminokwasy, naukowcy chcieli się dowiedzieć czy cząsteczki aminoketonów mogą zamiast tego powstawać i łączyć się bezpośrednio, tworząc peptydy i zrobiono to w warunkach, jakie panują w kosmicznych obłokach molekularnych, czyli na cząsteczkach pyłu w próżni, gdzie odpowiednich chemikaliów jest pod dostatkiem: węgla, amoniaku i tlenku węgla.

Aby przetestować tę hipotezę, zespół wykorzystał komorę ultrawysokiej próżni, która pozwoliła im symulować środowisko kosmiczne, obniżając je do około jednego biliarda normalnego ciśnienia powietrza i minus 263 stopni Celsjusza. Wewnątrz komory umieścili sztuczne podłoża, które służyły jako modele cząstek pyłu, takich jak te znajdujące się w przestrzeni międzygwiezdnej. Kiedy naukowcy wstrzyknęli cząsteczki węgla, amoniaku i tlenku węgla na powierzchnię symulowanych cząstek pyłu, zaobserwowali jednoetapową konwersję poszczególnych aminokwasów glicyny w łańcuch peptydowy poliglicyny. I to wszystko bez dodatku wody.

Badania wykazały, że w tych warunkach poliglicyna peptydowa powstała z prostych związków chemicznych. Więc to są łańcuchy bardzo prostego aminokwasu glicyny. Obserwowano dużą złożoność peptydów w eksperymentach. Najdłuższe próbki składały się z jedenastu jednostek aminokwasowych. Według zespołu badawczego sukces tej bezwodnej, jednoetapowej konwersji opiera się przede wszystkim na jednym „niezwykle reaktywnym” aminokwasie, aminoketonie. Fakt, że reakcja może zachodzić w tak niskich temperaturach, wynika z faktu, że cząsteczki aminoketenu są niezwykle reaktywne. Łączą się ze sobą w wydajnej polimeryzacji. Produktem tego jest poliglicyna.

Naukowcy twierdzą, że byli zaskoczeni, że ta polimeryzacja aminoketenu mogła zachodzić w tak ekstremalnych warunkach kosmicznych, głównie z powodu bariery energetycznej, którą należy pokonać dla tej transformacji. Jednak teraz podejrzewają, że coś może się dziać na bardzo małą skalę, zjawisko znane jako tunelowanie kwantowe, które pomaga aminokwasowi ominąć tę barierę energetyczną i utworzyć prawdziwe łańcuchy peptydowe. Być może pomaga nam w tym specjalny efekt mechaniki kwantowej. Na tym etapie reakcji atom wodoru zmienia swoje miejsce. Jest on jednak na tyle mały, że będąc cząstką kwantową nie mógł pokonać bariery, a po prostu mógł ją przekroczyć, że tak powiem, z pomocą efektu tunelowania.

Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Nature Astronomy. Teraz czas na próby odtworzenia tych eksperymentów przez innych, ale jeśli wyniki zostaną potwierdzone, wykażą, że aminokwasy najprawdopodobniej nie potrzebowały wczesnych warunków ziemskich, aby połączyć się w złożone cząsteczki. Zamiast tego, warunki te mogą już istnieć w przestrzeni międzygwiezdnej, a wczesna Ziemia musiała po prostu ostygnąć i uspokoić się na tyle, aby te budulce życia mogły się utrzymać. Jeśli to prawda, to pytanie o pochodzenie życia może pozostać otwarte, ale oznacza to również, że może pojawić się nowe miejsce poszukiwania odpowiedzi.

Teraz, kiedy stało się jasne, że w warunkach kosmicznych mogą powstać nie tylko aminokwasy, ale także łańcuchy peptydowe, być może, badając pochodzenie życia, będziemy musieli zwrócić uwagę nie tylko na planety, ale także wszędzie w kosmosie.