Ученые определили внутримолекулярный изотопный состав углерода аминокислот с Бенну
В Университете штата Пенсильвания (Penn State) впервые изучили внутримолекулярный изотопный состав β-аланина в образцах с астероида Бенну, сравнили его с Мурчисонским метеоритом — и получили довольно неожиданные результаты, с которыми можно ознакомиться в журнале Communications Earth & Environment.
Аминокислоты на астероидах и метеоритах — самая интересная часть космической химии, убеждена астробиолог Офели Макинтош, выступившая в роли ведущего автора исследования.
«Большинство исследований сосредоточено на распределении и количественном содержании аминокислот, а мы изучали, как они образовались. Мы использовали уникальные изотопные приборы, в том числе такой, который есть только в Университете штата Пенсильвания, чтобы ответить на эти вопросы», — объясняет она.
В этой работе впервые было проанализировано соотношение изотопов азота и углерода с учетом его позиции в молекуле аланина. Такое углубленное исследование помогает проследить, из каких веществ происходили эти изотопы и как они вошли в состав аминокислоты.
«Изотопные соотношения дают измеримую метку, которая позволяет связать молекулы с конкретными резервуарами или процессами. В нашем исследовании изотопы дали подсказки о более древней истории отдельных атомов молекулы», — говорит профессор Кристофер Хаус, соавтор статьи.
Ранее такому же внутримолекулярному анализу был подвергнут глицин с Бенну. То исследование показало, что он мог образоваться в суровой холодной среде — что противоречит распространенному представлению о теплых и влажных условиях, необходимых для синтеза строительных блоков жизни.
Мечта геохимика
Теперь пришла очередь бета-аланина. Он не входит в число 20 аминокислот, образующих белки, но в биохимических процессах участвует, а главное — в изобилии встречается в космосе.
Большинство анализов определяют среднее соотношение изотопов на всю молекулу. В Penn State разработали методику измерения изотопного состава с привязкой к позиции углерода в молекуле.
«Внутримолекулярный анализ дает гораздо более подробную информацию. По ней мы можем судить, как этот изотоп распределен внутри молекулы — и понимать в результате, как она синтезировалась», — отмечает Макинтош.
«Возможность анализировать изотопные значения каждого атома углерода и азота в молекуле бета-аланина — мечта геохимика, — добавляет Хаус. — А здесь это сочетается со способностью изучать нетронутый образец астероида, доставленный на Землю NASA».
На уникальном приборе pico-CSIA, который есть только в Penn State, и газовом хроматографе GC-Orbitrap ученые исследовали изотопный состав аланина с Бенну и из образца Мурчисонского метеорита, упавшего в Австралии в 1969 году.
«Когда сравниваешь образцы Бенну и Мурчисона, среднее соотношение изотопов углерода у них очень близкое — с учетом погрешности можно сказать, одинаковое. Но если посмотреть на внутримолекулярный углерод, они совершенно разные», — констатирует исследовательница.
Рекордное отличие
Главное отличие аланина с Бенну — рекордное для космической органики содержание карбоксильного тяжелого углерода-13 — на 363 ±29‰ больше эталона; α- и β-углероды, соответственно, наоборот — изотопом ¹³C обеднены.
«Я была поражена настолько огромной изотопной разницей между двумя соседними положениями атомов в одной и той же молекуле, — признается профессор Кэтрин Фримен, руководившая исследованием. — Сохранение таких поразительных различий свидетельствует о первичной природе этих молекул. Мы имеем дело с молекулами, образовавшимися на заре существования Солнечной системы, возможно, еще до рождения Земли».
По мнению Макинтош, выявленные особенности говорят о том, что процессы синтеза аланина в Бенну и Мурчисоне были химически схожими, но протекали в различных условиях — возможно, в разных частях Солнечной системы.
Образцы с Бенну доставлены на Землю в 2023 году, но их изучение продолжается. По словам Фримен, исследователи намерены понять, как среды и процессы — например, воздействие воды — могут влиять на порядок расположения изотопов внутри молекул.
