Пептиди в хмарах Венери: як вони вижили в 98% сірчаній кислоті

Концентрована сірчана кислота не обов’язково руйнує структуру пептидів. Дослідники MIT показали, що окремі короткі пептиди в середовищі, близькому до крапель у хмарах Венери — приблизно 98% сірчаної кислоти, — залишалися неушкодженими протягом тижнів і набували визначених омега-подібних згорток. Це робить складну пребіотичну хімію у венеріанських хмарах правдоподібнішою, однак зовсім не доводить існування там життя. 6

Що саме виявили в експерименті

• За допомогою високопольної ЯМР-спектроскопії в розчині дослідники спостерігали не лише хімічну стійкість пептидів у майже чистій сірчаній кислоті, а й відтворюване тривимірне згортання, а не просто хаотичні або короткочасні ланцюги. 6
• Омега-петля — компактний, нерегулярний структурний мотив пептиду або білка. Це важливо, адже для біологічної функції молекулі зазвичай недостатньо просто вціліти: їй потрібна стабільна й конкретна форма. 6
• Імовірне пояснення незвичної стійкості хімічне. Кислотно-каталізований розрив пептидного зв’язку є гідролізом, а для нього вода має виступати нуклеофілом — реагентом, що атакує зв’язок. У приблизно 98% сірчаній кислоті води дуже мало, тому саме протонування кислотою може бути недостатнім для швидкого розриву зв’язку. Це механістична інтерпретація, а не гарантія стійкості всіх пептидів: попередні тести 20 гомодипептидів показали, що більшість із них усе ж зазнавала сольволізу протягом кількох тижнів за умов, релевантних для Венери. 3

Як ЯМР вказав на роль сірчаної кислоти

Спектри ЯМР свідчили про визначені конформації та взаємодії, сумісні з тим, що молекули сірчаної кислоти організовуються навколо пептидних згорток і допомагають їх стабілізувати. Тобто екстремальний розчинник може бути не тільки руйнівним середовищем, а й своєрідним молекулярним каркасом для структури пептиду. 6

Це суперечить звичній «земній» інтуїції, за якою структуровану біохімію майже автоматично пов’язують із водою. Водночас спостереження ще не пояснюють повного мікроскопічного механізму й не означають, що такий ефект буде властивий усім пептидним послідовностям. 6

Продовження попередніх робіт MIT

Нова робота розвиває дослідницьку програму, започатковану 2020 року: тоді ЯМР-дослідження в майже чистій сірчаній кислоті вказали на стійкість будівельних блоків нуклеїнових кислот, ліпідів та амінокислот. 6

Пізніше було встановлено, що аденін, цитозин, гуанін, тимін, урацил, пурин, піримідин та споріднені основи залишаються стабільними понад рік у концентрованій сірчаній кислоті за кімнатної температури. 2

Отже, головний крок уперед полягає не лише в тому, що окремі «інгредієнти» можуть виживати. Короткі полімери з амінокислот здатні зберігати упорядковану архітектуру — ще одну необхідну передумову для молекулярної функції. 6

Що це означає для Венери та пошуків життя

• Життя у хмарах Венери. Робота послаблює твердження, що сірчанокислотні хмари планети хімічно стерильні. Вона допускає складну органічну хімію і, можливо, невідводні біологічні системи у відносно помірному хмарному шарі. Але дослідження не демонструє ані метаболізму, ані реплікації, ані еволюції, ані наявних організмів. 6
• Пептидна нуклеїнова кислота (PNA). Наступною логічною ціллю є PNA, оскільки вона поєднує нуклеотидні основи з пептидоподібним каркасом. Перші результати вказують на залежну від послідовності часткову деградацію: для гексамерів PNA вона становила від 0,4% до 28,6% після 14 днів у 98% сірчаній кислоті за температури близько 25 °C. За температур понад 80 °C відбувався повний сольволіз. 1
• Місії Morning Star до Венери. Висновки дають додаткові підстави вимірювати склад хмарних крапель та шукати органічні молекули або хімічні нерівноваги, а не апріорі вважати кислотні хмари непридатними для складної хімії. Це обґрунтований дослідницький пріоритет, а не прогноз конкретного відкриття місій. 6
• Екзопланети. Пошук придатних для життя світів не варто обмежувати лише «двійниками Землі» з рідкою водою на поверхні. Планети типу Венери та світи з кислотними хмарами можуть заслуговувати на ширшу увагу, хоча сама лише молекулярна стійкість ще дуже далека від доказу придатності середовища для життя. 6