Исследование Массачусетского технологического института обнаружило стабильность аминокислот в серной кислоте. Облака Венеры могут быть пригодны для некоторых форм жизни.

20.03.2024, Дженнифер Чу, MIT News

Если в Солнечной системе за пределами Земли и есть жизнь, то ее можно найти в облаках Венеры. В отличие от негостеприимной поверхности этой планеты, облачный слой Венеры, находящийся на высоте 30-40 миль (50 – 70 км) над поверхностью, имеет более умеренные температуры, при которых могут выжить некоторые экстремальные формы жизни.

Ученые предполагают, что любые обитатели венерианских облаков, если они там есть, сильно отличаются от форм жизни на Земле. Это связано с тем, что сами облака состоят из капель высокотоксичной серной кислоты — очень едкого химического вещества, которое, как известно, растворяет металлы и разрушает большинство биологических молекул на Земле.

Но новое исследование ученых из Массачусетского технологического института может поставить под сомнение это предположение. Исследование, опубликованное в журнале Astrobiology, сообщает, что на самом деле некоторые ключевые строительные блоки жизни могут сохраняться в растворах концентрированной серной кислоты.

Авторы исследования обнаружили, что 19 аминокислот, которые необходимы для жизни на Земле, стабильны до четырех недель, если их поместить в флаконы с серной кислотой в концентрациях, аналогичных концентрациям в облаках Венеры. В частности, они обнаружили, что молекулярный «остов» всех 19 аминокислот остается неповрежденным в растворах серной кислоты с концентрацией от 81 до 98 процентов.

«Что абсолютно удивительно, так это то, что концентрированная серная кислота не является растворителем, который повсеместно враждебен органической химии», — говорит соавтор исследования Януш Петковски, научный сотрудник Департамента наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института (Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences - EAPS).

«Мы обнаружили, что строительные блоки земной жизни стабильны в серной кислоте, и это очень интересно в связи с идеей о возможности жизни на Венере, — добавляет автор исследования Сара Сигер, профессор планетарных наук в Департаменте EAPS Массачусетского технологического института и профессор кафедр физики, аэронавтики и космонавтики. - Это не означает, что жизнь там будет такой же, как здесь. На самом деле, мы знаем, что этого не может быть. Но эта работа выдвигает идею о том, что облака Венеры могут содержать сложные химические вещества, необходимые для жизни».

В число соавторов исследования входят первый автор Максвелл Сигер, студент факультета химии Вустерского политехнического института (сын Сары Сигер), и Уильям Бэйнс, научный сотрудник Массачусетского технологического института и ученый из Кардиффского университета.

Строительные блоки в кислоте

Поиски жизни в облаках Венеры в последние годы набрали обороты благодаря спорному обнаружению в атмосфере планеты фосфина, молекулы, которая считается одним из признаков жизни. Хотя это обнаружение остается предметом споров, новость из MIT вновь актуализировала старый вопрос: может ли на планете, родственной Земле, действительно существовать жизнь?

В поисках ответа ученые планируют несколько миссий на Венеру, в том числе первую миссию на планету, в значительной степени финансируемую из частных источников, при поддержке компании Rocket Lab, которая базируется в Калифорнии. Эта миссия, в которой Сигер является главным научным исследователем, направлена ​​на отправку космического корабля через облака планеты для анализа их химического состава на наличие признаков органических молекул.

В преддверии запуска миссии, планируемой в январе 2025 года, Сигер и ее коллеги тестировали различные молекулы в концентрированной серной кислоте, чтобы увидеть, какие фрагменты земной жизни также могут быть стабильными и в облаках Венеры, которые, по оценкам, на несколько порядков более кислые, чем самые кислые места на Земле.

«У людей сложилось мнение, что концентрированная серная кислота — чрезвычайно агрессивный растворитель, который все разрубит на куски, - говорит Петковски. - Но мы считаем, что это не обязательно так».

Фактически, ранее команда показала, что сложные органические молекулы, такие как некоторые жирные кислоты и нуклеиновые кислоты, остаются на удивление стабильными в серной кислоте. В своей научной статье ученые стараются подчеркнуть, что «сложная органическая химия, конечно, не жизнь, но без нее жизни нет».

Другими словами, если определенные молекулы могут сохраняться в серной кислоте, то, возможно, высококислотные облака Венеры пригодны для жизни, хотя и не обязательно обитаемы.

В своем новом исследовании команда сосредоточила свое внимание на аминокислотах - молекулах, которые объединяются в незаменимые белки, каждый из которых выполняет свою специфическую функцию. Каждому живому существу на Земле необходимы аминокислоты для производства белков, которые, в свою очередь, выполняют функции поддержания жизни: от расщепления пищи до выработки энергии, наращивания мышечной массы и восстановления тканей.

«Если вы рассмотрите четыре основных строительных блока жизни, такие как основания нуклеиновых кислот, аминокислоты, жирные кислоты и углеводы, мы продемонстрировали, что некоторые жирные кислоты могут образовывать мицеллы и везикулы в серной кислоте, а основания нуклеиновых кислот стабильны в серной кислоте. Было доказано, что углеводы обладают высокой реакционной способностью по отношению к серной кислоте, - объясняет Максвелл Сигер. - Это оставило нам только аминокислоты в качестве последнего основного строительного блока для изучения».

Стабильный остов

Ученые начали исследования серной кислоты во время пандемии, проводя эксперименты в домашней лаборатории. С этого времени Сигер и ее сын продолжили работы по химии концентрированной серной кислоты. В начале 2023 года они заказали образцы порошка 20 «биогенных» аминокислот — тех аминокислот, которые необходимы всему живому на Земле. Они растворили каждый тип аминокислот в пузырьках с серной кислотой, смешанной с водой, в концентрациях 81 и 98 процентов, что соответствует диапазону, существующему в облаках Венеры.

Затем команда оставила флаконы инкубироваться в течение дня, прежде чем транспортировать их в Приборную базу химического факультета Массачусетского технологического института (Department of Chemistry Instrumentation Facility - DCIF), общую круглосуточную лабораторию, которая предлагает ученым MIT ряд автоматизированных и ручных инструментов. Также Сигер и ее команда использовали лабораторный спектрометр ядерного магнитного резонанса (ЯМР) для анализа структуры аминокислот в серной кислоте.

Проанализировав каждый флакон несколько раз в течение четырех недель, ученые, к своему удивлению, обнаружили, что основная молекулярная структура, или «остов», в 19 из 20 аминокислот остается стабильной и неизменной даже в очень кислых условиях.

«Просто демонстрация того, что этот остов стабилен в серной кислоте, не означает, что на Венере есть жизнь, - отмечает Максвелл Сигер. - Но если бы мы показали, что этот остов скомпрометирован, то у жизни в том виде, в котором мы ее знаем, не было бы никаких шансов».

Команда признает, что химический состав облаков Венеры, вероятно, более запутан, чем условия исследования в «пробирке». Например, ученые измерили в облаках планеты, помимо серной кислоты, различные примеси газов. Таким образом, команда планирует включить некоторые следовые газы в будущие эксперименты.

«Сейчас в мире всего несколько групп, которые работают над химией серной кислоты, и все они согласятся, что ни у кого нет догадок, - добавляет Сара Сигер. - Я думаю, что мы больше всего рады тому, что этот последний результат добавляет еще одно «да» возможности жизни на Венере».

 Перевод: Александр Тарлаковский (блог tay-ceti.space)
Оригинал: Study: Life’s building blocks are surprisingly stable in Venus-like conditions

Научная статья: Стабильность 20 биогенных аминокислот в концентрированной серной кислоте: значение для обитаемости облаков Венеры.