В межзвёздном пространстве впервые найдены зеркальные молекулы

Недалеко от центра нашей Галактики впервые обнаружены хиральные молекулы

(иллюстрация B. Saxton, NRAO/AUI/NSF from data provided by N.E. Kassim, Naval Research Laboratory, Sloan Digital Sky Survey).

Структура энантиомеров окиси пропилена

(иллюстрация B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)).

Вопрос зарождения жизни на Земле оставался настоящим камнем преткновения, пожалуй, во все времена. Многие учёные на протяжении долгих лет пытаются найти ключи к его ответу в космосе, точнее, ищут там строительный материал жизни – органические молекулы.

На сегодняшний день в межзвёздном пространстве обнаружено уже более 180 органических молекул, но до сих пор в поле зрения исследователей не попадалось ни одной хиральной. Это свойство предполагает существование зеркальной копии молекулы, которая полностью идентична ей по химическому составу. Такие пары часто сравнивают для наглядности с правой и левой руками.

В каждом живом организме на Земле присутствуют хиральные молекулы только одного типа. Эта особенность носит название гомохиральности и имеет важнейшее значение для многих биологических структур, в том числе для ДНК. Существует мнение, что гомохиральность является эволюционным преимуществом. До сих пор непонятно, почему природа выбрала в каждом случае именно этот тип молекул, а не противоположный.

Учёные считают, что разгадать эту загадку, или хотя бы приблизиться к этому, они смогут, поняв, как хиральные органические молекулы образуются в космическом пространстве перед тем, как они осядут на кометах и астероидах, которые прямиком доставят их на молодые пригодные для жизни планеты.

И вот, наконец, десятилетние поиски и исследования увенчались успехом. Международная команда исследователей с помощью высокочувствительных радиотелескопов Грин-Бэнк (GBT) в США и австралийского Паркса обнаружила в межзвёздном пространстве молекулы окиси пропилена. Произошло это недалеко от центра нашей Галактики в облаке звездообразования Sagittarius B2 (Sgr B2).

"Пропиленоксид является одним из наиболее структурно сложных молекул, обнаруженных до сих пор в космосе, — рассказывает один из участников исследования Брэндон Кэрролл (Brandon Carroll) в официальном пресс-релизе. – Эта находка открывает дверь для дальнейших экспериментов, которые определят, как возникает хиральность и почему одна форма может быть более распространена, чем другие".

Органические молекулы в межзвёздных облаках образуются несколькими способами. В самом простом случае они сталкиваются, образуя более сложные соединения по законам газофазной химии. Но по мере увеличения сложности молекул этот процесс становится малоэффективным.

Структура энантиомеров окиси пропилена

Астрономы полагают, что окись пропилена могла образоваться благодаря взаимодействию малых молекул на поверхности пылевых частиц, покрытых корочкой льда. Затем эти более длинные и сложные образования могли испариться и вступить во взаимодействие с другими молекулами в окружающих газовых облаках.

Каждая молекула оставляет свою отличительную подпись в радиочастотном спектре, что позволяет обнаружить её с Земли. Более сложные молекулы оставляют более сложную подпись и из-за этого их труднее обнаружить и тем более доказать достоверность своих результатов.

В случае окиси пропилена необходимо наблюдать три спектральные линии, связанные с присутствием молекулы. Две из них были зафиксированы с помощью GBT, но третью наблюдать в северном полушарии было невозможно из-за сильных спутниковых радиопомех. Здесь на помощь призвали Паркс, который и позволил заполучить недостающую линию.

К сожалению, имеющиеся данные не позволяют различить энантиомеры (те самые зеркальные отражения молекул), поскольку кроме одинакового химического состава они также обладают идентичной температурой плавления, кипения, замерзания и одинаковыми спектрами. "Эти спектры как тень от ваших рук, — поясняет Кэрролл. – Невозможно сказать, правая рука её отбросила или левая".

Исследователи надеются, что в конечном итоге им всё же удастся определить, есть ли избыток одной из версий окиси пропилена. Сделать это они планируют с помощью изучения того, как поляризованный свет взаимодействует с разными молекулами в космическом пространстве.

Более подробно с результатами исследований можно ознакомиться, прочитав статью, опубликованную в журнале Science.