«Этого не должно происходить»: что ученые нашли в облаках Венеры

Под густыми облаками Венеры скрывается мир, где поверхность раскалена до 467 °C, а атмосферный столб давит в 97 раз сильнее земного. Но именно в этих облаках, почти целиком состоящих из серной кислоты, ученые из MTI столкнулись с явлением, которое ломает привычные представления о химии жизни. Молекулы из органики, обреченные на гибель в такой агрессивной среде, уцелели и повели себя так, будто серная кислота для них родная стихия.



— признают сами авторы работы.

Способна ли Венера дать приют формам жизни, совершенно непохожим на земные?

Ад под густыми облаками

Венера заслужила репутацию самой негостеприимной планеты Солнечной системы. Ее «воздух» перенасыщен углекислым газом, из-за которого на поверхности раза в два горячее, чем в духовке. Кислотные дожди обрушиваются сверху, и все это находится под жутким атмосферным прессом, который давит почти в сотню раз сильнее, чем на Земле.



Но высоко над этой кошмарной поверхностью, в верхних слоях атмосферы, условия разительно меняются. Там температура и давление позволяют существовать жидкостям. Метеориты, бомбардирующие планету, занесли в эти слои органические молекулы. Именно эта зона десятилетиями приковывает внимание астробиологов.

Некоторые ученые рассматривают венерианские облака как своего рода инкубатор. Исследователи предполагают, что там могут жить уникальные формы жизни, которые способные выдерживать концентрированную серную кислоту и использовать ее как растворитель вместо воды?

В таких рассуждениях есть определенная логика. Вся земная биохимия построена на воде. Если серная кислота способна сыграть ту же роль, определение «обитаемой зоны» придется расширить далеко за пределы привычных границ.

Невероятные пептиды

Сара Сигер, планетолог (MTI, Массачусетский технологический институт) годами проверяла, что же будет, если поместить органические молекулы в концентрированную H₂SO₄ (серную кислоту). Ее коллектив уже убедился: химические связи аминокислот и нуклеиновых оснований, строительных блоков белков, ДНК и РНК, выдерживают такую среду. Чем выше концентрация кислоты, тем ниже в ней процент молекул воды. Это значит, что меньше риск гидролиза, разрывающего химические связи.



В недавно опубликованной научной работе группа Сигер перешла к пептидам, цепочкам, состоящим из аминокислот. Выяснилось: пептиды остаются целыми в концентрированной H₂SO₄ и сворачиваются в узловатую структуру, которую называют омега-петлей. До сих пор такую форму наблюдали только в водной химии. Никто не ожидал, что она способна возникнуть в кислоте.

Ученые синтезировали три пептида. В воде все три выстраивались плоскими листами без складывания. В концентрированной серной кислоте они сложились в омега-петли. До этого избыток протонов и водородных связей в кислоте, как думали исследователи, должен был мешать сворачиванию и разрушать любую трехмерную структуру. Данные говорили об обратном.


— сказал соавтор исследования Януш Петковский, астробиолог из Вроцлавского технического университета в Польше.

Впрочем, не все пептиды одинаково стойки. Несколько лет назад та же команда сообщала, что дипептиды, самые короткие цепочки из двух аминокислот, разрушаются в кислоте. Новая работа заставила многих пересмотреть привычные взгляды на поведение органических соединений в сернокислотной среде.

Большая ложка дегтя

Для определения структур команда использовала метод ядерного магнитного резонанса. Магнитное поле заставляет атомы пептидов выстраиваться, и по их расположению ученые делают вывод о форме молекулы.

Но у этого подхода есть уязвимое место: моделирующее программное обеспечение создавали для водных растворов, а не для сернокислотных. Поэтому интерпретировать результаты в такой необычной среде следует с особой осторожностью.



Петковский признает, что концентрированная серная кислота — «крайне малоизученный» растворитель. Чтобы получить максимально достоверные результаты, научная команда применила контрольные проверки. Три пептида образовали омега-петли с «незначительно» различной кривизной. Ученые меняли параметры, однако пептидные цепочки особой формы все равно образовывались.


— сказал Мартин Рам, квантовый химик и астробиолог из Технологического университета Чалмерса в Швеции, который одним из первых ознакомился с результатами нового прогрессивного исследования.

Надо сказать, что без ложки дегтя в бочке меда не обошлось. Если все пептиды складываются в одну и ту же омега-петлю, то это плохая новость для гипотезы о жизни на Венере. Проблема в том, что для биологии нужны разные структуры: листы, спирали, петли. Поэтому, если кислота принуждает все сворачиваться одинаково, разнообразие, без которого жизнь невозможна, не возникает.


— соглашается Петковский, подтверждая ограниченность научной работы.

Команда только начала эксперименты с разными пептидами и последовательностями аминокислот, включая те, которых нет в земной биологии. Один из путей исследования, по словам Петковского, — проверка серной кислоты как растворителя для жизни.

Заключение

Исследование открывает больше вопросов, чем закрывает. Если три синтезированных пептида сложились в омега-петли в серной кислоте, что произойдет с сотнями других последовательностей, которые команда пока не проверила? Среди них — аминокислоты, не встречающиеся в земной биологии.

Венера по-прежнему ждет, хотя до запуска зондов, которые смогут проанализировать инопланетные облака изнутри, еще годы. Но каждая пробирка с серной кислотой в лабораториях приближает тот день, когда мы, наконец, узнаем, может ли кто дышать в кислотных облаках второй планеты от Солнца.