Ученые обнаружили, что аминокислоты, необходимые для жизни, способны выжить в концентрированной серной кислоте

Исследователи Массачусетского технологического института обнаружили, что аминокислоты — основные строительные блоки жизни на Земле — стабильны в высококонцентрированной серной кислоте. Их результаты подтверждают идею о том, что те же самые молекулы могут быть стабильными в высокосернистых облаках Венеры. Результаты показывают, что облака Венеры могут быть пригодны для некоторых форм жизни.

Если в Солнечной системе за пределами Земли есть жизнь, она может быть обнаружена в облаках Венеры. В отличие от поверхности планеты, облачный слой Венеры, простирающийся на 30–40 миль над поверхностью, имеет более мягкую температуру, которая может поддерживать некоторые экстремальные формы жизни.

Ученые предполагают, что если она существует, то обитатели венерианских облаков будут выглядеть совсем не так, как формы жизни на Земле. Это связано с тем, что сами облака состоят из высокотоксичных капель серной кислоты — сильно разъедающего химического вещества, которое растворяет металлы и разрушает большинство биологических молекул на Земле.

Однако новое исследование ученых Массачусетского технологического института может опровергнуть это предположение. В исследовании, опубликованном в журнале Astrobiology, сообщается, что на самом деле некоторые ключевые компоненты жизни могут сохраняться в растворах концентрированной серной кислоты.

Авторы исследования обнаружили, что 19 аминокислот, необходимых для жизни на Земле, сохраняются до четырех недель, если их поместить в пробирки с серной кислотой в концентрациях, аналогичных тем, что присутствуют в облаках Венеры. В частности, они обнаружили, что молекулярный «позвоночник» всех 19 аминокислот оставался нетронутым в растворах серной кислоты с концентрацией от 81% до 98%.

«Что совершенно удивительно, так это то, что концентрированная серная кислота не является растворителем, который универсально враждебен для органической химии», — говорит соавтор исследования Януш Петковски, научный сотрудник Департамента наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института (EAPS).

«Мы обнаруживаем, что строительные блоки жизни на Земле стабильны в серной кислоте, и это очень интригует для идеи о возможности жизни на Венере, — добавляет автор исследования Сара Сигер. — Это не значит, что жизнь там будет такой же, как здесь. На самом деле мы знаем, что этого не может быть. Но эта работа развивает идею о том, что облака Венеры могут содержать сложные химические вещества, необходимые для жизни».

Поиски жизни в облаках Венеры в последние годы набрали обороты, отчасти благодаря спорному обнаружению фосфина — молекулы, которая считается одним из признаков жизни — в атмосфере планеты. Хотя это обнаружение остается предметом споров, эта новость 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 при поддержке калифорнийской стартовой компании Rocket Lab. 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 в январе 2025 года Сигер и ее коллеги тестировали различные молекулы концентрированной серной кислоты, чтобы увидеть, какие фрагменты жизни на Земле также могут быть стабильными в облаках Венеры, которые, по оценкам, на порядки более кислые, чем самые кислые места на Земле. «У людей сложилось мнение, что концентрированная серная кислота — это чрезвычайно агрессивный растворитель, который разрушает все, — говорит Петковски. — Но мы обнаружили, что это не обязательно так».

Команда ранее показала, что сложные органические молекулы, такие как некоторые жирные кислоты и нуклеиновые кислоты, остаются удивительно стабильными в серной кислоте. Ученые осторожно подчеркивают, как и в своей нынешней статье, что сложная органическая химия — это, 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, если не обязательно обитаемы.

В своем новом исследовании команда обратила внимание на аминокислоты — молекулы, из которых состоят основные белки, каждый из которых выполняет свою специфическую функцию. Каждое живое существо на Земле нуждается в аминокислотах для создания белков, которые, в свою очередь, выполняют необходимые для жизни функции — от расщепления пищи до выработки энергии, наращивания мышц и восстановления тканей.

«Если рассматривать четыре основных строительных блока жизни: основания нуклеиновых кислот, аминокислоты, жирные кислоты и углеводы, то мы показали, что некоторые жирные кислоты могут образовывать мицеллы и везикулы в серной кислоте, а основания нуклеиновых кислот стабильны в серной кислоте. Было показано, что углеводы очень реакционноспособны в серной кислоте, — объясняет Максвелл Сигер. — Оставались только аминокислоты как последний основной строительный блок для изучения».

Ученые начали изучать серную кислоту во время пандемии, проводя свои эксперименты в домашней лаборатории. С тех пор Сигер и ее сын продолжили работу над химией в концентрированной серной кислоте. В начале 2023 года они заказали порошковые образцы 20 биогенных аминокислот — аминокислот, которые необходимы для всего живого на Земле.

Они растворили каждый тип аминокислот в пробирках с серной кислотой, смешанной с водой, в концентрациях 81% и 98% процентов, что соответствует диапазону, существующему в облаках Венеры. Затем оставили пробирки инкубироваться на сутки, после чего перевезли их в лабораторию химического факультета Массачусетского технологического института, которая работает круглосуточно и предлагает ученым Массачусетского технологического института ряд автоматизированных и ручных приборов.

В свою очередь, Сигер и ее команда использовали спектрометр ядерного магнитного резонанса (ЯМР) лаборатории для анализа структуры аминокислот в серной кислоте. Проанализировав каждую пробирку несколько раз в течение четырех недель, ученые, к своему удивлению, обнаружили, что основная молекулярная структура, или «позвоночник», 19 из 20 аминокислот остается стабильной и неизменной даже в сильнокислых условиях.

«То, что мы показали, что эта основа стабильна в серной кислоте, еще не означает, что на Венере есть жизнь, — отмечает Максвелл Сигер. — Но если бы мы показали, что эта основа была нарушена, тогда не было бы никаких шансов на существование жизни в том виде, в котором мы ее знаем».

«Теперь, после открытия того, что многие аминокислоты и нуклеиновые кислоты стабильны в 98% серной кислоте, возможность выживания жизни в серной кислоте может оказаться не такой уж надуманной и фантастической, — говорит Санджай Лимайе, планетолог из Висконсинского университета, который изучает Венеру уже более 45 лет и не принимал участия в этом исследовании. — Конечно, впереди еще много препятствий, но жизнь, которая развивалась в воде и приспособилась к серной кислоте, не может быть так просто отвергнута».

Команда признает, что химия облаков Венеры, скорее всего, сложнее, чем условия пробирки. Например, ученые измеряли различные следовые газы, помимо серной кислоты, в облаках планеты. Поэтому команда планирует включить некоторые следовые газы в будущие эксперименты.

Космическое агентство ищет четырех добровольцев, которые проведут год на Марсе, точнее, на 3D-печатной копии Красной планеты. Изоляция практически гарантирована. Эксперимент проводится в Космическом центре имени Джонсона в Хьюстоне и является частью программы NASA Chapea, которая призвана помочь разработать и оценить системы, которые будут использоваться первым поколением астронавтов для посещения Марса в рамках миссий, запланированных на 2030-е годы.