Ученые НАСА, изучающие происхождение жизни, воспроизвели урацил, цитозин и тимин, три ключевых компонента нашего наследственного материала, в лаборатории. Они обнаружили, что образец льда, содержащий пиримидин, подвергнутый ультрафиолетовому излучению в условиях, подобных космическим, производит эти основные ингредиенты жизни.

Пиримидин представляет собой кольцевую молекулу, состоящую из углерода и азота, и является центральной структурой для урацила, цитозина и тимина, которые являются всеми тремя частями генетического кода, содержащегося в рибонуклеиновой (РНК) и дезоксирибонуклеиновой кислотах (ДНК). РНК и ДНК играют центральную роль в синтезе белка, но также имеют много других ролей.
"Мы впервые продемонстрировали, что можем производить урацил, цитозин и тимин, все три компонента РНК и ДНК, не биологически в лаборатории в условиях, обнаруженных в космосе",-сказал Мишель Нуэво, научный сотрудник Исследовательского центра NASA Ames Research Center, Моффет-Филд, Калифорния. "Мы показываем, что эти лабораторные процессы, которые имитируют условия в космическом пространстве, могут сделать несколько фундаментальных строительных блоков, используемых живыми организмами на Земле."
Образец льда осаждают на холодную (примерно -440 градусов по Фаренгейту) подложку в камере, где он облучается высокоэнергетическими ультрафиолетовыми (УФ) фотонами от водородной лампы. Бомбардирующие фотоны разрушают химические связи во льдах и расщепляют молекулы льда на фрагменты, которые затем рекомбинируют с образованием новых соединений, таких как урацил, цитозин и тимин.
Ученые NASA Ames уже много лет имитируют окружающую среду, обнаруженную в межзвездном пространстве и внешней Солнечной системе. За это время они изучили класс богатых углеродом соединений, называемых полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ), которые были идентифицированы в метеоритах и которые являются наиболее распространенными богатыми углеродом соединениями, наблюдаемыми во Вселенной. Пау обычно представляют собой структуры, основанные на нескольких шестиуглеродных кольцах, которые напоминают сплавленные шестиугольники или кусок мелкоячеистой проволоки.
Молекула пиримидина обнаружена в метеоритах, хотя ученые до сих пор не знают ее происхождения. Она может быть похожа на богатые углеродом Пау, так как она может быть произведена в последних вспышках умирающих гигантских красных звезд или сформирована в плотных облаках межзвездного газа и пыли.
- Такие молекулы, как пиримидин, имеют атомы азота в своих кольцевых структурах, что делает их несколько слабыми. Как менее стабильная молекула, она более восприимчива к разрушению радиацией, по сравнению с ее аналогами, которые не имеют азота", - сказал Скотт Сэндфорд, исследователь космической науки в компании Ames. "Мы хотели проверить, может ли пиримидин выжить в космосе, и может ли он проходить реакции, которые превращают его в более сложные органические виды, такие как нуклеобазы урацил, цитозин и тимин.”
Теоретически исследователи полагали , что если молекулы пиримидина смогут выжить достаточно долго, чтобы мигрировать в межзвездные пылевые облака, то они смогут защитить себя от разрушительного излучения. Оказавшись в облаках, большинство молекул замерзают на пыльных зернах (так же, как влага в вашем дыхании конденсируется на холодном окне зимой).
Эти облака достаточно плотны, чтобы экранировать большую часть окружающего внешнего излучения космоса, тем самым обеспечивая некоторую защиту молекул внутри облаков.
Ученые проверили свои гипотезы в Астрохимической лаборатории Эймса. В ходе своего эксперимента они подвергли образец льда, содержащий пиримидин, ультрафиолетовому излучению в условиях космического пространства, включая очень высокий вакуум, чрезвычайно низкие температуры (примерно -440 градусов по Фаренгейту) и жесткое излучение.
Они обнаружили, что при замораживании пиримидина во льду, состоящем в основном из воды, а также аммиака, метанола или метана, он гораздо менее подвержен разрушению радиацией, чем если бы он находился в газовой фазе в открытом космосе. Вместо того чтобы быть разрушенными, многие из молекул приняли новые формы, такие как компоненты РНК/ДНК урацил, цитозин и тимин, которые находятся в генетическом составе всех живых организмов на Земле.
"Мы пытаемся рассмотреть механизмы в космосе, которые формируют эти молекулы. Учитывая то, что мы произвели в лаборатории, химия льда, подвергнутого ультрафиолетовому излучению, может быть важным связующим звеном между тем, что происходит в космосе, и тем, что упало на Землю в начале ее развития", - сказал Кристофер Матерезе, другой исследователь из NASA Ames, который работал над этими экспериментами.
- Никто по-настоящему не понимает, как возникла жизнь на Земле. Наши эксперименты показывают, что когда Земля сформировалась, многие из строительных блоков жизни, вероятно, присутствовали с самого начала. Поскольку мы моделируем универсальные астрофизические условия, то же самое, вероятно, происходит везде, где образуются планеты", - говорит Сэндфорд.