Радиоактивные металлы могут быть способны к реакциям, необходимым для возникновения жизни

На Земле жизнь основана на органических соединениях. Эти молекулы состоят из углерода и часто включают другие элементы, такие как водород, кислород, азот, фосфор и сера.

Однако ученые давно задавались вопросом, могла ли инопланетная жизнь развиться на основе существенно отличающегося химического состава. Например, исследователи давно предполагали, что кремний также может служить основой для биологии.

"Важно изучить эти возможности, чтобы у нас было представление о том, как могут выглядеть все формы жизни, а не только земная", - рассказывает Бетуль Качар, астробиолог, бактериолог и эволюционный биолог из Университета Висконсин-Мэдисон.

Химическое взаимодействие, которое является ключевым для жизни на Земле, называется автокатализ. Автокаталитические реакции самоподдерживаются — они могут производить молекулы, которые способствуют повторению той же реакции. Представьте себе растущую популяцию кроликов. Пары кроликов собираются вместе, производят помет новых кроликов, а затем новые кролики вырастают, чтобы объединиться в пары и произвести еще больше кроликов. 

"Одна из основных причин, по которой исследователей происхождения жизни интересует автокатализ, заключается в том, что размножение — ключевая особенность жизни — является примером автокатализа, - поясняет Качар. - Жизнь катализирует формирование большего количества жизни. Из одной клетки образуются две клетки, которые могут превратиться в четыре и так далее. По мере увеличения количества клеток соответственно увеличивается количество и разнообразие возможных взаимодействий".

В новом исследовании исследователи искали автокатализ помимо органических соединений. Они пришли к выводу, что автокатализ может способствовать абиогенезу — возникновению жизни из безжизненности.

Ученые сосредоточились на так называемых циклах компропорционирования, которые могут генерировать множество копий молекулы.

Эти продукты могут быть использованы в качестве исходных материалов, чтобы помочь этим циклам повториться, что приводит к автокатализу.

"Это единичная реакция, которая приводит к многократному результату — это очень похоже на размножение", - сказал ведущий автор исследования Чжэнь Пэн, биолог-эволюционист из Университета Висконсин-Мэдисон.

Исследователи обнаружили 270 различных циклов автокаталитических реакций. "Автокатализ, возможно, не так уж редок, значит он может встречаться в различных средах, даже тех, которые отличаются от земной", - прокомментировала Качар.

В большинстве из 270 циклов не использовались органические соединения. Некоторые были сосредоточены вокруг элементов, которые отсутствуют или чрезвычайно редки в жизни на Земле, таких как ртуть или радиоактивный металл торий. Ряд циклов, вероятно, происходит только при чрезвычайно высоких или низких температурах или давлениях.

Исследователи даже обнаружили четыре автокаталитических цикла с участием благородных газов, которые крайне редко, если вообще когда-либо вступают в химическую реакцию с другими элементами. Если даже относительно инертный газ, такой как ксенон, мог участвовать в автокатализе, "есть веские основания предполагать, что автокатализ происходит легче в других элементах", - сказал Пэн.

Только восемь из этих циклов были относительно сложными, состоящими из четырех или более реакций. Большинство из 270 циклов были простыми, каждый из которых состоял всего из двух реакций.

Исследователи отметили возможность комбинировать несколько циклов, даже если они сильно отличаются друг от друга. Это может привести к самоподдерживающимся химическим реакциям, которые генерируют разнообразный спектр молекул.

Ученые подробно изложили свои выводы 18 сентября в Journal of the American Chemical Society.