Вчені досягли значного прориву на шляху до розгадки, як на Землі виникло життя і чи існує воно ще десь у Всесвіті.

Загадкою є те, як життя виникло з неживих, або абіотичних, хімічних речовин. Вперше в історії дослідники з Університету Пердью показали, що пептиди, які є ланцюжками амінокислот, що є найважливішими будівельними блоками життя, можуть спонтанно утворюватися в краплинах води під час швидких реакцій, які відбуваються, коли вода зустрічається з атмосферою — наприклад, коли хвиля б’ється об скелю і викидає туманні бризки. Це могло статися в умовах, подібних до тих, що існували на Землі близько 4 мільярдів років тому, коли життя вперше зародилося на нашій планеті.

Згідно з дослідженням, опублікованим у журналі «Proceedings of the National Academy of Sciences», це відкриття пояснює «вірогідний шлях для формування перших біополімерів», які є складними структурами, що виробляються живими організмами. Команда каже, що відкриття може навіть прискорити розробку нових ліків і методів лікування, надаючи нове середовище для прискорення швидких хімічних реакцій.

«Існує дуже велика кількість досліджень, що показують утворення пептидів, але всі вони використовують каталізатори або модифіковані амінокислоти для створення видів, які навряд чи існують в природі», – сказав Р. Грехем Кукс, який є заслуженим професором аналітичної хімії і старшим автором дослідження.

Кукс і його колеги показали, що пептиди легко утворюються в хімічних системах, які існували на стародавній Землі, таких як морські бризки з первісних океанів нашої планети або прісна вода, що стікає по схилах.

«Найцікавішим наслідком є те, що подібна хімія пояснює й інші важливі біологічні полімери, а не лише пептиди», – зазначив він, додавши, що його команда планує незабаром зробити більше публікацій на цю тему.

Простіше кажучи, нове дослідження відкрило рідкісне вікно у ранні роки нашої планети, коли неживі сполуки якимось чином зібралися в живі організми — досі непояснене перетворення, відоме як абіогенез. Утворення пептидів є важливим етапом абіогенезу, оскільки ці структури складають основу біомолекул — таких як білки, які можуть виконувати механізми самовідтворення, необхідні для життя.

Команда змогла реконструювати можливе утворення цих пептидів, провівши експерименти «злиття крапель», які імітують зіткнення крапель води в повітрі, які Кукс описав як «як двох дітей з садовими шлангами, які обприскують один одного».

Ці експерименти показують, що поверхня крапель, де вода стикається з повітрям, є областю, яка може бути надзвичайно продуктивною для отримання пептидів з тих типів амінокислот, які протягом мільярдів років доставлялися на Землю метеоритами. Експерименти пропонують можливе вирішення так званого «водного парадокса» – проблеми, яка роками спантеличувала вчених в галузі абіогенезу.

«Водний парадокс — це суперечність між дуже вагомими доказами того, що хімічні реакції, які призвели до виникнення життя, відбувалися в добіотичному океані, і термодинамічним обмеженням проти саме цих (втрата води) реакцій, що відбуваються у воді», — пояснює Кукс. – «Білки утворюються з амінокислот шляхом втрати води й втрата води у воді не відбудеться, тому що процес буде зворотним (термодинамічно заборонений)».

Тобто пептиди потребують певного рівня зневоднення для утворення, але цього дуже важко досягти в гідратованому середовищі, такому як крапля води. Протягом понад десяти років Кукс і його колеги показали, що мікрокраплі мають багато унікальних характеристик, включаючи прискорену реактивність на їх поверхні. Ці повітряно-водні інтерфейси схожі на зворотний оазис — тобто сухий притулок у водному світі краплі — який забезпечує реакції втрати води, необхідні для побудови пептидів з амінокислот.

Відкриття має наслідки й за межами Землі. Дослідження припускає, що краплі морських бризок на стародавній Землі та інших поверхнях розділу повітря та води могли бути фабриками пептидів, які збагачували середовище інгредієнтами для життя. Такі ж процеси можуть бути поширені на інших планетах з подібними умовами, що є корисною інформацією, оскільки вчені продовжують шукати життя в нашій власній Сонячній системі та за її межами.

Дійсно, Кукс сказав, що результати «підкріплюють мантру НАСА «йди за водою», маючи на увазі пріоритет, який дослідники, шукаючи інопланетне життя, віддають планетам, які можуть містити рідку воду. Він запропонував додаткову мантру – «шукай бурхливі океани» – на основі отриманих результатів, особливо через потенційну роль морських бризок як ключового чинника утворення пептидів.