Ученые Стэнфордского университета пришли к выводу, что космические лучи сыграли важную роль в развитии жизни на Земле. Согласно результатам исследования, опубликованным в журнале Astrophysical Journal, высокоэнергетические частицы, бомбардирующие атмосферу планеты, могли повлиять на хиральность биологических соединений — свойство, при котором одни молекулы являются зеркальными копиями других молекул того же вещества. В результате ДНК, РНК и аминокислоты стали более стабильными.
Молекулы, которые имеют одинаковый химический состав, но являются зеркальными копиями друг друга, называются энантиомерами. Например, аминокислоты преимущественно являются L-, а сахара D-энантиомерами. При этом всего лишь одна молекула сахара с неверной конфигурацией при встраивании в ДНК может нарушить спиральную структуру двойной цепи. Тот факт, что в живых организмах почти все молекулы одного вида имеют одну и ту же хиральность (то есть являются гомохиральными), но не другую, ученые объясняли фундаментальными физическими взаимодействиями, однако точная причина до сих пор оставалась нерешенной загадкой.
Согласно авторам новой работы, выбор молекул с определенной конфигурацией зависел от поляризационного излучения, в результате которого мутация в одних соединениях шла быстрее, чем в их зеркальных копиях. Высокоэнергетические частицы в составе космических лучей сталкивались с азотом и кислородом в верхних слоях атмосферы Земли, порождая поток мюонов, достигающих поверхности. В то же время нуклеиновые кислоты, принимающие участие в предбиологической эволюции (то есть до появления первых живых организмов), принимали правостороннюю и левостороннюю спиральную конфигурацию. Мюоны же заставляли правосторонние ДНК и РНК мутировать и, следовательно, эволюционировать быстрее, делая их более стабильными и подходящими для живых организмов.
Мюоны — это нестабильные частицы, которые существуют всего две миллионные доли секунды, но поскольку они движутся со скоростью, близкой к скорости света, они успевают проникать на глубину 700 метров ниже поверхности Земли. Они также имеют магнитную поляризацию, то есть мюоны, в среднем, имеют одинаковую магнитную ориентацию. Когда мюоны окончательно распадаются, они производят электроны, также обладающие одинаковой магнитной поляризацией.
Исследователи предполагают, что именно из-за этого механизма хиральность, в целом, одинакова для всех биологических молекул во Вселенной. То есть углеводы в составе ДНК имеют правостороннюю конфигурацию как на Земле, так и на других планетах.