Учёные давно установили, что в метеоритах присутствуют «кирпичики жизни» — сложные органические молекулы, включая аминокислоты, простые сахара и даже химические звенья ДНК. Однако, как известно каждому, кто изучал органическую химию, углеродных соединений существует гораздо больше. Новое исследование Джозефа У. Фрай-Джонса из Национальной лаборатории сильных магнитных полей и Университета штата Флорида, опубликованное в The Planetary Science Journal, выявило десятки тысяч ранее неизвестных органических соединений в двух самых знаменитых метеоритах мира.
Многие метеориты сформировались ещё до появления планет Солнечной системы — в котле из газа и пыли, окружавшем Солнце. Некоторые из них, известные как углеродистые хондриты, избежали процесса планетообразования и сохранили свой химический состав, который в отдельных случаях относится ко времени до рождения Солнца. Химики десятилетиями анализировали метеориты, чтобы раскрыть их тайны, но при изучении органических соединений обычно сосредотачивались на конкретных молекулах: брали порошкообразные образцы, промывали их водой или кислотой и искали знакомые органические вещества вроде глицина или урацила. Такие эксперименты, как правило, давали результаты, однако игнорировали подавляющее большинство органических соединений в этих метеоритах — так называемое растворимое органическое вещество (SOM).
Доктор Фрай-Джонс решил применить иной подход. Вместе с командой он собрал образцы метеорита Мёрчисон, упавшего в Австралии в 1969 году, и метеорита Агуас-Саркас, упавшего в Коста-Рике в 2019 году. Их измельчили в порошок и последовательно промыли четырьмя растворителями с убывающей полярностью — метанолом, этанолом, хлороформом и толуолом (а для образцов Мёрчисона дополнительно ацетоном). Поскольку «подобное растворяется в подобном», более полярные растворители извлекли множество открытоцепочечных органических соединений, содержащих азот и кислород, а менее полярные — маслянистые органические вещества с «ароматическими» кольцами. Все полученные растворы исследовали с помощью двух мощнейших приборов — масс-спектрометра на 21 тесла и атомно-силового микроскопа (АСМ) высокого разрешения.
Масс-спектрометр на 21 тесла установлен в Национальной лаборатории сильных магнитных полей в Таллахасси и является самым мощным сверхпроводящим масс-спектрометром в мире. Его главная способность — измерять массу соединения с невероятной точностью: в статье указано, что погрешность меньше массы одного электрона. АСМ находился в Брукхейвенской национальной лаборатории на Лонг-Айленде и предназначен для получения реальных изображений самих молекул. Исследователь Перси Цаль, который помимо экспертизы в области АСМ является ещё и увлечённым астрономом, нанёс экстракты из органических растворителей на медный кристалл в вакууме. Затем он прикрепил к острию микроскопа одну молекулу монооксида углерода и отслеживал растворённые молекулы, измеряя отдачу, которую получала молекула CO при скольжении над кольцами органических соединений. По сути, масс-спектрометрия показала, из чего состоят соединения, а АСМ — как выглядит их структура.
Разнообразие соединений оказалось огромным. Команда обнаружила более 66 000 уникальных молекулярных формул в метеорите Мёрчисон и свыше 91 000 — в Агуас-Саркас. Их массы достигали 1000 атомных единиц, число атомов углерода варьировалось от 10 до 70, а количество атомов кислорода доходило до 20. Примечательно, что разные растворители извлекли почти не пересекающиеся наборы молекул: например, менее 1% молекулярных формул совпало между метанольным и толуольным экстрактами образцов Мёрчисона. Ещё более интересным стало обнаружение металлоорганических соединений. Масс-спектрометр выявил множество органических молекул, содержащих железо, с углеродными цепочками длиной более 35 атомов. Это стабильные металлоорганические соединения, некоторые из них были сильно окислены, а многие также содержали магний. При этом, несмотря на принадлежность к одному классу астероидов, лишь меньшая часть молекулярных формул из каждого метеорита совпадала. В Агуас-Саркас, например, оказалось гораздо меньше металлоорганических формул с магнием, чем в Мёрчисоне.
Главный вывод работы состоит в том, что метеориты, вероятно, не просто доставляли чистые аминокислоты на поверхность Земли до возникновения жизни. Скорее они напоминали нефтехимический резервуар, подобный нефтяному месторождению, с сотнями тысяч органических соединений внутри. Это ещё одно подтверждение того, что сложная органическая химия шла в Солнечной системе задолго до появления жизни, и о том, как произошёл переход от абиотической химической «фабрики» к сложным биологическим системам, мы до сих пор знаем очень мало. Метеориты и их нетронутые астероидные «родственники» остаются одним из лучших мест для поиска ответа на этот вопрос.