Мы, люди, действительно дети звезд. Эта поэтическая истина обретает все более научный смысл благодаря исследованиям, которые разгадывают тайны рождения пребиотических молекул – строительных блоков жизни – из космического хаоса.
Космическое происхождение и тайна пребиотической химии
Более века назад Энни Джамп Кэннон, выдающаяся астрофизик-астроном, открыла первые молекулы в межзвездном пространстве. С тех пор ученые неустанно стремятся понять, как из холодных облаков газа и пыли рождаются эти молекулы, которые впоследствии могли стать основой жизни на Земле и, возможно, где-то еще во Вселенной.
Студентка Кеннеди Барнс и ее команда из Уэллсли Колледжа ныне возглавляют поиски ответов, фокусируясь на роли электронов низкой энергии, возникающих при прохождении космического излучения через ледяные кристаллы. Их открытия не только проливают свет на загадку зарождения жизни, но и могут найти применение в медицине и экологии.
Электроны против фотонов: битва за пребиотический синтез
Ранее считалось, что как электроны, так и фотоны – частицы света – могут запускать химические реакции, необходимые для образования пребиотических молекул. Однако исследование Барнса и ее коллег показывает, что количество электронов, генерируемых космическими лучами в космическом льду, может быть значительно больше, чем фотонов. Это означает, что электроны играют более важную роль в этом процессе.
Представьте себе: огромные облака межзвездного льда, пронизываемые потоками высокоэнергетических частиц. В этой космической лаборатории электроны, словно молнии в миниатюре, сталкиваются с молекулами воды и атомами, вызывая цепные реакции, которые синтезируют органические соединения – предшественники жизни.
От космоса к Земле: применение на нашей планете
Исследования Барнса не ограничиваются лишь космическими льдами. Они также изучают радиолиз воды – распад молекул воды под воздействием излучения, обнаружив свидетельства стимулированного электронами высвобождения перекиси водорода и гидропероксильных радикалов. Эти же свободные радикалы играют роль в разрушении озонового слоя и вызывают окислительный стресс в клетках.
“Мы, по сути, являемся мешками с водой,” – так однажды заметил биохимик, подчеркнув важность этих открытий для медицины. Понимание роли низкоэнергетических электронов в воздействии на ДНК может открыть новые пути в лечении рака и других заболеваний.
Более того, эти знания могут быть применены в очистке сточных вод с помощью высокоэнергетического излучения, которое генерирует большое количество электронов низкой энергии, способных разрушать опасные химические вещества.
Лабораторное моделирование: имитация космической кухни
Чтобы подтвердить свои выводы, команда Барнса создала в лаборатории миниатюрную модель космоса. Специальная камера сверхвысокого вакуума, охлаждаемая до криогенных температур, оснащена электронной пушкой и плазменной лампой, генерирующими электроны и фотоны соответственно. Наноразмерные ледяные пленки подвергаются бомбардировке этими частицами, а затем анализируются образовавшиеся молекулы.
Эти эксперименты не только помогают понять процессы в межзвездных льдах, но и могут быть применены к изучению спутников, таких как Европа у Юпитера, где под толстым ледяным панцирем скрывается океан, возможно, обладающий условиями для жизни.
Новая космическая эра: электроны в центре внимания
Исследование Барнса и ее коллег открывает новую главу в астрохимии. Они призывают коллег учитывать роль низкоэнергетических электронов в своих моделях, чтобы более точно воспроизвести процессы внутри космических льдов.
Впереди – изучение влияния электронов на синтез других пребиотических соединений и расширение наших знаний о том, как из звездной пыли рождается жизнь. Это поистине захватывающее время, когда мы постигаем тайны Вселенной и находим ответы на фундаментальные вопросы о нашем происхождении.
Финансирование исследования осуществлено Национальным научным фондом США, фондом Арнольда и Мейбл Бекман, наградами преподавателей колледжа Уэллсли, грантами Брэчмана Хоффмана и стипендией Нэнси Харрисон Колодни “Профессорство 64”.
