Учёные получили новые доказательства, что базовые органические молекулы, необходимые для зарождения биологической жизни на Земле, пришли из космоса. В окаменелостях на планете признаки клеточной органики находят в слоях возрастом 3,7 млрд лет — почти сразу после её остывания до безопасного уровня. В таком случае клеточная жизнь не успела бы развиться из обычных химических элементов. Нужны были простые органические молекулы, очевидно — из космоса.

Фрагмент молекулярного облака тельца в инфракрасном диапазоне. Источник изображения: ESA

Учёные давно фиксируют присутствие сложных органических молекул в межзвёздном пространстве (соединения углерода и водорода). В общем случае — это класс так называемых полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), кольцеобразных соединений из десятков атомов. Интересно, что ранее теория не предполагала существования в межзвёздном пространстве молекул, более сложных, чем соединения из двух атомов. Наука считала, что ионизирующее излучение, особенно сильное в областях звездообразования, стабильно разрушает сложные молекулы. С появлением радиоастрономии молекулы ПАУ стали фиксироваться повсеместно, хотя одна проблема оставалась.

В инфракрасном и радиодиапазоне земная наука научилась различать крупные молекулы ПАУ. Между тем для процессов зарождения биологической жизни требовались более простые молекулы. В частности, было бы желательно обнаружить, например, пирен — одну из самых маленьких молекул ПАУ, состоящую всего из 26 атомов. Пирену было бы трудно выжить в плотном ионизирующем излучении молодых звёзд в зонах звездообразования, однако его также невозможно обнаружить в диапазоне радиоволн. Тогда учёные пошли другим путём.

Известно, что в соединении с цианидом пирен образует цианопирен (1-cyanopyrene, C₁₇H₉N). Цианопирен отлично регистрируется радиотелескопами, а зная распределение и соотношение цианида можно рассчитать ожидаемое количество пирена в изучаемой области пространства.

Молекула пирена (чёрные атомы — углерод, белые — водород). Источник изображения: Wikimedia

Учёные изучили ближайшую к Земле область звездообразования — удалённое на 450 световых лет молекулярное облако Тельца. Объём пирена, рассчитанный для этого облака холодного межзвёздного газа и пыли, превзошёл все мыслимые ожидания. Хотя в этой области множество новорождённых звёзд и процесс их формирования не прекращается, пирена — одного из базовых «кирпичиков» для зарождения биологической жизни — здесь в избытке. Это означает, что он в значительном количестве осядет на будущие планеты и, вероятно, в избытке присутствовал в облаке пыли и газа, которое впоследствии стало Солнечной системой.

Кстати, пирен обнаружен в образцах с астероида Рюгу, что стало ещё одним доказательством его существования в холодных межзвёздных облаках материи. Новое открытие ещё немного укрепило гипотезу внеземного происхождения жизни хотя бы на уровне базовых органических молекул.

Международная группа учёных при помощи прибора MIRI (Mid-Infrared Instrument) на космическом телескопе «Джеймс Уэбб» (JWST) обнаружила в скоплениях вещества вокруг протозвёзд IRAS 2A и IRAS 23385 ледяные соединения сложных органических молекул: этилового спирта и, предположительно, уксусной кислоты.

Снимок протозвезды IRAS 23385. Источник изображения: webbtelescope.org

Некоторые из органических веществ, в том числе обнаруженные в рамках данного исследования в твёрдом агрегатном состоянии, ранее фиксировались в газообразном состоянии — учёные предположили, что вещество переходит из твердой в газообразную фазу посредством сублимации, то есть минуя жидкость. Обнаружение ледяной органики даёт учёным надежду лучше понять происхождение других, ещё более крупных молекул в космосе.

Исследователи пытаются выяснить, в какой степени эти органические вещества переносятся на планеты, появляющиеся на гораздо более поздних стадиях эволюции протозвёзд. Считается, что в ледяной фазе эти вещества легче переносятся из молекулярных облаков в диски, из которых формируются планеты, чем в более горячей газообразной фазе. В ледяном состоянии они могут попадать на кометы и астероиды, которые, в свою очередь сталкиваются с формирующимися планетами и доставляют на них ингредиенты для потенциального зарождения жизни.

Учёные также обнаружили более простые молекулы, в том числе муравьиную кислоту, метан, формальдегид и диоксид серы. Исследования показывают, что серосодержащие соединения играли важную роль в запуске метаболических реакций на молодой Земле. Особый интерес в данном исследовании представляет IRAS 2A — протозвезда малой массы, развитие которой может быть похожим на ранние стадии жизни Солнечной системы. Обнаруженные вокруг этой протозвезды органические вещества, возможно, также появились на ранних стадиях развития Солнечной системы, а впоследствии были доставлены на древнюю Землю.