Пептиды выживают и сворачиваются в почти чистой серной кислоте

Исследование MIT не показывает, что на Венере есть жизнь. Оно демонстрирует более узкий, но важный результат: в лабораторной среде, имитирующей сернокислотные облака Венеры, отдельные короткие пептиды сохранялись на протяжении многих недель и сворачивались в определённые структуры типа омега-петель. Такие формы теоретически могут создавать поверхности для молекулярного распознавания и других химических функций. 412

Что именно показал эксперимент

Учёные поместили короткие пептидные цепочки почти в чистую серную кислоту и наблюдали за ними с помощью жидкостной ядерной магнитно-резонансной спектроскопии — ЯМР. Молекулы не исчезли быстро и не превратились в полностью хаотичные цепи: выбранные последовательности оставались различимыми в течение недель и принимали воспроизводимые трёхмерные конформации, в том числе структуры, похожие на омега-петли. 412

Омега-петля — это компактный изгиб пептидной цепи. Подобные формы важны потому, что свойства молекулы зависят не только от набора атомов, но и от их пространственного расположения. Устойчивая складка может создать участок для избирательного связывания, сборки или химического взаимодействия.

При этом речь идёт о конкретных последовательностях, а не о пептидах вообще. В более ранней работе с 20 гомодипептидами большинство соединений подвергалось сольволизу в течение нескольких недель. Исключения тоже нашлись: дипептиды гистидин-гистидин и глицин-глицин сохранялись в 98%-ной серной кислоте не менее четырёх месяцев. 1

Почему нехватка воды может замедлять разрушение

Обычный гидролиз пептидной связи предполагает участие воды, которая разрывает связь между аминокислотами. В растворах, похожих на венерианские облака, воды очень мало, к тому же она прочно связана с серной кислотой. Это может ограничивать гидролитический путь и объяснять, почему некоторые последовательности сохраняются даже в чрезвычайно кислой среде.

Но это возможное химическое объяснение, а не универсальное правило. Концентрированная серная кислота всё же способна разрушать пептидные связи, а устойчивость зависит от последовательности молекулы, концентрации кислоты, температуры и времени воздействия. Результаты с дипептидами хорошо показывают этот контраст: многие последовательности нестабильны, тогда как отдельные соединения выдерживают определённые условия. 1

Сходную, но также ограниченную картину дала работа с пептидной нуклеиновой кислотой (PNA) — полимером, который рассматривается как возможный носитель генетически подобной информации. Четыре PNA-гексамера в 98%-ной серной кислоте при температуре около 25 °C за 14 дней разрушались на 0,4–28,6% в зависимости от последовательности. При температуре выше 80 °C они подвергались полному сольволизу. 3

Что показал ЯМР на частоте 800 МГц

Высокопольный ЯМР позволил проверить не только, сохраняются ли пептиды химически. По сигналам ЯМР можно отслеживать целостность молекулы и судить о том, как расположены её атомы в растворе. В эксперименте MIT измерения указали, что пептиды сохраняют определённые, воспроизводимые складки, а не существуют исключительно как случайные цепочки. 4

Исследователи предполагают, что молекулы серной кислоты формируют вокруг пептида упорядоченное сольватное окружение. Иными словами, растворитель может помогать организовывать и стабилизировать форму цепи даже при отсутствии привычной водной среды. Это заметно отличается от земной биологии, где белки сворачиваются в воде, а вода участвует в формировании их структуры.

Однако эксперимент не доказал наличие полноценного белкового катализа, обмена веществ, репликации или какого-либо завершённого биологического процесса. Он показал устойчивость и сворачивание отдельных небольших молекул. Это важные предпосылки для сложной химии, но не свидетельство существования организма.

Как результат продолжает предыдущие исследования Венеры

Новая работа дополняет ряд экспериментов, показывающих, что концентрированная серная кислота не обязательно мгновенно разрушает каждую органическую молекулу, связанную с земной жизнью.

• В одном из исследований 19 из 20 биогенных аминокислот либо не вступали в заметные реакции, либо изменялись только в боковых цепях после четырёх недель при концентрации серной кислоты 81% и 98%. Основной аминокислотный каркас оставался целым. 2
• Было также показано, что азотистые основания нуклеиновых кислот — аденин, цитозин, гуанин, тимин и урацил — могут сохраняться более года в релевантных для облаков Венеры условиях при комнатной температуре. 8
• При этом ранние эксперименты с пептидами подтвердили, что выживаемость избирательна, а не является автоматическим свойством всех органических соединений. 1

В совокупности эти данные меняют формулировку вопроса. Учёные уже спрашивают не только, может ли отдельная земная биомолекула пережить воздействие венерианской кислоты, но и способны ли разные классы молекул достаточно долго сохраняться, взаимодействовать, собираться, сворачиваться и участвовать в полезной химии.

Почему сворачивание важно для поиска жизни

Многие биологические функции зависят от формы молекулы. Свернувшийся пептид может иметь поверхность для избирательного связывания или создавать локальную химическую среду, которой нет у случайно распрямлённой цепи. Если безводный растворитель способен стабилизировать такие структуры, одного отсутствия жидкой воды недостаточно, чтобы исключить любую сложную химию.

Это не делает Венеру пригодной для жизни по земным меркам. Её облака остаются химически экстремальной средой, а лабораторные растворы — лишь упрощённой моделью. Настоящие капли облаков могут отличаться по составу, температуре, активности воды, содержанию примесей и физическим свойствам. Поэтому результаты расширяют список сценариев, которые стоит проверять, но не подтверждают существование венерианской биосферы.

Следующий рубеж — двуцепочечная PNA

Одно из возможных продолжений — изучить двуцепочечную пептидную нуклеиновую кислоту. PNA интересна тем, что может выступать в роли похожего на ДНК полимера, способного хранить информацию. Но её поведение в концентрированной серной кислоте сильно зависит от последовательности и температуры. В уже проведённых экспериментах проверялись короткие одноцепочечные PNA-гексамеры, причём оценивалась частичная сохранность молекул в течение двух недель, а не наследование или репликация. 3

Более сложные вопросы таковы: сможет ли двуцепочечная PNA образоваться в кислоте, сохраниться и обеспечить специфическое спаривание последовательностей? Положительный ответ стал бы дополнительным аргументом в пользу молекулярного распознавания и хранения информации в сернокислотной химии. Но даже такой результат всё ещё не означал бы обнаружения жизни.

Что это значит для Венеры и экзопланет

Будущие миссии, которые будут анализировать атмосферу Венеры или отбирать пробы её облаков, смогут проверить, насколько лабораторные смеси похожи на реальную среду. Особенно важны измерения состава капель, температуры, активности воды, содержания примесей и органических молекул.

Более широкий вывод для астробиологии носит методологический характер: поиск обитаемых миров не обязательно должен ограничиваться «двойниками Земли». Планеты, похожие на Венеру, тоже могут представлять интерес, если их атмосферы обеспечивают растворитель и источник энергии, позволяющие сложным молекулам сохраняться, сворачиваться и вступать в организованные химические взаимодействия.

Результат MIT делает такую возможность более правдоподобной. Но пока это направление для новых экспериментов и планетных наблюдений, а не открытие жизни. 4