Астрохимия и астробиология

Фотохимия пиримидина в астрофизических льдах

Дмитрий Вибе

2015-01-01 11:54:19

Азотистые основания — структурные элементы нуклеиновых кислот — относятся к числу важнейших органических соединений. Их неоднократно обнаруживали в составе органического вещества углистых хондритов, причём, изотопный состав указывает, что эти молекулы могли быть унаследованы протосолнечной туманностью от родительского молекулярного облака. Высказываются предположения, что гетероциклические молекулы, в том числе, азотистые основания, могут иметь общую историю с полициклическими ароматическими углеводородами. Однако несмотря на прикладываемые усилия, непосредственно обнаружить гетероциклические молекулы в межзвёздной среде пока не удалось. В работе M. Nuevo et al. рассматривается возможность синтеза азотистых оснований урацила, цитозина и тимина в результате воздействия ультрафиолетового излучения на молекулу пиримидина (C4H4N2), которая лежит в их основе.

Авторы работы проводили эксперименты со льдами, содержащими воду, метанол, аммиак, пиримидин и метан (метан добавлялся только в одну из двух исследованных смесей), на алюминиевой фольге. Лёд освещался ультрафиолетовым излучением, в котором основная доля приходилась на линию Лайман-альфа. В качестве контрольных экспериментов исследовались также варианты, в которых смесь не подвергалась ультрафиолетовому облучению, проводилось УФ-облучение чистой алюминиевой фольги, проводилось УФ-облучение льда, состоящего только из пиримидина. Эти эксперименты показали, что все зафиксированные результаты относятся только к фотохимии исследованных смесей. Исследованные дозы соответствуют облучению в течение примерно 105 лет в диффузной межзвёздной среде.

Облучение смесей ультрафиолетовым излучением низкой интенсивности (доза составила 0.25 фотона на молекулу) привело к появлению ряда производных пиримидина, формирующихся в результате добавления периферийных групп OH, NH2, CH3, CH2OH и их комбинаций. Из азотистых оснований был обнаружен только урацил.

Повышение дозы до 0.7 фотона на молекулу привело к повышению содержания урацила, а также к появлению цитозина в смеси, не содержавшей метан. Тимин ни в одном из экспериментов обнаружен не был. Эти результаты согласуются с содержанием азотистых оснований в метеоритах, где из производных пиримидина был обнаружен только урацил. Проведённые эксперименты указывают, что цитозин также может присутствовать в метеоритах, но в процессе его извлечения из метеорита может происходить гидролиз с превращением цитозина и урацил. Отсутствие в метеоритах тимина так объяснить невозможно, и его содержание в углистых хондритах, вероятно, действительно очень мало, что согласуется с результатами эксперимента. Содержание других молекул, обнаруженных в смесях после облучения УФ-излучением, также качественно согласуется с результатами химического анализа вещества метеоритов.

Авторы заключают, что фотопроцессы в астрофизических льдах, содержащих пиримидин, ведут к образованию предшественников цитозина и урацила, а также самого урацила. Цитозин формируется с меньшей вероятностью, а тимин не синтезируется вовсе (по крайней мере, в наблюдаемых количествах). Поскольку урацил входит в состав РНК, а тимин — в состав ДНК, изначальное доминирование урацила в протосолнечной туманности могло стимулировать развитие мира РНК.

Ответить

Вы должны войти, чтобы оставить комментарий.