Opomba avtorja: Ta članek je bil napisan v sodelovanju z Vincent Kofman , soavtor prispevka, o katerem razpravlja, in podoktorski raziskovalec v NASA-jevem centru za vesoljske lete Goddard
Amino kisline so eden najpomembnejših gradnikov življenja, kot ga poznamo. V svojem jedru vsebujejo amino in kislinsko skupino, prek katere se lahko povežejo z drugimi aminokislinami. Ta proces povezovanja lahko tvori dolge verige, tako se oblikujejo beljakovine . pri ljudeh, 20 različnih aminokisline sestavljajo vse beljakovine, razlika med njimi pa je v molekularni stranski verigi med amino in kislinsko skupino. Različne skupine vzpostavijo medsebojne povezave v verigi in jo zložijo v zelo specifične oblike, kar omogoča beljakovinam, da opravljajo zelo specifične naloge, ki segajo od presnove, do gibanja mišic in podvajanja celic.
Glede na to, da je njihova prisotnost nujen, čeprav ne nujno zadosten pogoj za razvoj življenja, so znanstveniki dolga desetletja raziskovali, kje so prvič nastala. Z papir v Nature Astronomy, objavljenem prejšnji mesec, so se približali temu razumevanju, ko so odkrili, da je mogoče oblikovati glicin , najpreprostejša aminokislina, v zvezdnih drevesnicah medzvezdnih oblakov.
Razvoj glicina v tako negostoljubnem okolju je bil pred tem teoretiziran. Predvsem glicin so opazili v vzorcih kometa Wild 2, vrnjenega iz Zvezdni prah misijo, kot tudi pri opazovanjih kometske kome 67P / Churymov-Gerasimenko . Od kometov oblikovana skupaj s sončnim sistemom iz istega prvotnega izhodiščnega materiala so okno v ta sončni sistem v njegovih prejšnjih letih. V teh oknih je bil viden glicin, zato so znanstveniki teoretizirali, da je lahko nastal v osnovnem materialu, ki si ga delita tako kometi kot tudi sam sončni sistem.
Aminokisline v medzvezdnem prostoru.
Kredit AGU Youtube kanal
Ekipa, ki jo vodi Sergio Ioppolo z univerze Queen Mary so se odločili preveriti, ali lahko tvorijo glicin v razmerah medzvezdnih plinskih oblakov, kjer se rojevajo zvezde, planeti in kometi. Njihovo delo je zrcalilo še en slavni kemijski eksperiment, ki išče molekule, potrebne za nastanek življenja – the Miller-Ureyjev poskus . V tem delu so znanstveniki poskušali poustvariti razmere, za katere se je domnevalo, da so prisotne na zgodnji Zemlji, tako da so mešali 'prvo juho' kemikalij in mešanici dodali strele. V teh pogojih sta Miller in Urey našla kup organskih molekul, ki bi lahko bile predhodnice prvih iskrih življenja.
Dr. Ioppolo in njegova ekipa sta poskušala rešiti isto vprašanje, vendar sta ga pogledala zelo natančnokakonastanejo te bistvene molekule življenja. Zgradili so ultra-high vakuumska komora , znižal temperaturo na 10-20 stopinj Kelvina, da bi posnemal razmere v temnih medzvezdnih plinskih oblakih. Nato so postavili kemikalije znano, da je prisoten v tistih medzvezdnih oblakih znotraj vakuumske komore, kot so ogljikov monoksid, amoniak in metan. Nato so zamrznjene kemikalije izpostavili nevezanim atomom, kar je sprožilo kemijo, podobno tisti, ki se odvija v pogojih temnega oblaka. Kot magneti, ki kliknejo skupaj, so atomi razbili obstoječe kemikalije in omogočili njihovim sestavinam, da se rekombinirajo na edinstven način.
Razprava znanstvenikov JPL o medzvezdnih oblakih in temnih meglicah.
Zasluge: Youtube kanal ScienceMagazine
Kemične razmere v temnih oblakih se zelo razlikujejo od tistih tukaj na Zemlji. Gostota delcev je milijone milijard krat manjša, temperature pa tako nizke, da skoraj vse zmrzne. V teh pogojih molekule tvorijo atom za atomom in tako kot kocke Lego se lahko posebne molekule sestavijo iz nič. S ponovnim ustvarjanjem teh pogojev v laboratoriju lahko znanstveniki ugotovijo, katere kemične reakcije bodo verjetno potekale in katere molekule lahko nastanejo.
Delo dr. Ioppola in njegove ekipe je naredilo točno to in pokazalo, da lahko glicin nastane v pogojih, ki se pojavljajo v teh temnih kotih vesolja. Podobno kot pri Soncu je večina snovi v temnih oblakih sestavljena iz helija in vodika. Vodik, lahko obstaja kot molekula, H2in kot nevezan atom.
Tvorba glicina iz atomov in molekul, prisotnih v medzvezdnih plinskih oblakih.
Zasluge: Ioppolo et all.
Nevezan atom je zelo reaktiven in sproži kemijo s skoraj vsem, na kar pride. V kombinaciji z drugimi atomi tvori molekule, kot je CH4 ( metana ), NH3 ( amoniak ). V vmesnih fazah tega vodikovega bombardiranja lahko prekurzorski kemikaliji CH3 in NH2 reagirata in tvorita CH3NH2, metilamin . Metilamin je predhodnik glicina in ga najdemo v izobilju v kometu 67P. Ta ugotovitev najverjetneje neposredno vodi do ugotovitve številčnosti glicina v istem kometu.
Youtube video s podrobnostmi o glicinu.
Zasluge: Youtube kanal Unacademy NEET
Poleg ustvarjanja metana ali amoniaka bi lahko vodik reagiral tudi s CO2, ki je v izobilju tudi v ledenih plasteh v temnih oblakih. Ko to stori, omogoči ogljikovemu atomu, da iz druge vezi. Včasih se ta dodatna vez oblikuje na metilamin, kar povzroči glicin. V poskusih, opisanih v nedavnem prispevku, so bile raziskane posebnosti teh reakcij in izračunana količina glicina, ki nastane v teh reakcijah. Izračun kaže, da je količina glicina, ki nastane, dovolj za obogatitev planetov, kot je zgodnja Zemlja, s prebiotičnimi molekulami, ki olajšajo nastanek življenja.
Zdaj, ko je bil dokazan kemični dokaz koncepta, se lahko znanstveniki obrnejo na številne posledice, ki jih ima to delo za obstoječe teorije in prihodnje študije. Prispevek kaže, da je možno, da so gradniki življenja lahko posledica naravnih procesov, ki se odvijajo pred nastankom zvezd, ki obogatijo surovine planetov z bistvenimi gradniki življenja. Čeprav te molekule morda ne bodo preživele ostrih dogodkov nastanek planeta , dejstvo, da so lahko prisotni v surovinah zvezd in planetov, kaže, da je njihova številčnost razširjena po vsem vesolju.
Razprave o aminokislinah v vesolju.
Zasluge: Youtube kanal SciShow
Čeprav so v poskusih, o katerih so poročali v prispevku, našli le glicin, dokazovanje tvorbe aminokislinske hrbtenice odpira pot tudi za tvorbo drugih aminokislin. Prejšnje raziskave so pokazale, da je osrednji atom ogljika, ki nosi skupino, ki daje aminokislinam njihovo funkcijo, najverjetneje usmerjen v reakcije, ki potekajo v istih ledih, kot so nastali. To kaže, da se lahko pod enakimi pogoji tvorijo tudi druge biološko pomembne aminokisline.
Študija vodi tudi do nekaterih dodatnih zanimivih vprašanj. Če je glicin prisoten, kako ga lahko neposredno zaznamo? V pravih okoliščinah lahko teleskopi zaznajo glicin, če ga segrejejo in spravijo v plinsko fazo. Ko nove zvezde začnejo segrevati okoliški material, se prvinski led stopi, sestavine pa je mogoče zaznati s pomočjo zemeljskih observatorijev, kot je Atacama Large Millimeter Array ( DUŠA ) v Čilu. Pogled globoko v te zvezdne vrtce je razkril kompleksno kemijo in nas veliko naučil o nastanku zvezd in planetov.
Ta fotografija anten ALMA na planoti Chajnantor v Čilu, več kot 16.000 čevljev (5000 metrov) nad morsko gladino, je bila posneta nekaj dni pred začetkom ALMA Early Science in prikazuje samo eno skupino od 66 jedi. ALMA gleda na nebo v 'submilimetrski' svetlobi, delu spektra, nevidnem človeškemu očesu, ki leži med infrardečimi in radijskimi valovi. Zasluge: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/W. Garnier (ALMA)
Če so gradniki življenja prisotni v surovinah zvezd in planetov, nas to seveda vodi do tega, da se sprašujemo, kakšne so možnosti, da je življenje prisotno tudi na drugih mestih v Rimski cesti. Če samo naše Osončje vsebuje peščico planetov in lun, na katerih je življenje mogoče, si lahko samo predstavljamo, koliko planetov in zvezd je tam zunaj, ki lahko skrivajo življenje. Če ga postavimo v ustrezen kontekst, ima to boljše razumevanje nastajanja gradnikov življenja resnično nekaj osupljivih posledic za potencialno obilje življenja po vsej galaksiji.
Nauči se več:
narava - Neenergetski mehanizem za tvorbo glicina v medzvezdnem mediju
Univerza Queen Mary v Londonu – Gradniki življenja se lahko oblikujejo že dolgo pred zvezdami
Znanstvene novice – Aminokisline lahko nastanejo že dolgo pred zvezdami in planeti: študija
C&EN - Iskanje medzvezdnega glicina se okrepi
PhysicsWorld – V vesolju odkrita aminokislina
Vodilna slika:
Umetnikova upodobitev okolja, ki so ga eksperimentatorji poskušali ustvariti glicin.
Zasluge: profesor Harold Linnartz