"Мы изучаем процессы горения, чтобы узнать, как зародилась жизнь на Земле"

В августе с визитом в Самарском национальном исследовательском университете имени академика С.П. Королева побывал профессор Гавайского университета (Гонолулу, США) Ральф Кайзер. В рамках работы международной летней научной школы "Современные методы квантовой химии в приложениях" он выступил с лекцией о синтезе сложных органических молекул в межзвездной среде. 

Ральф Кайзер, как и многие ученые мира, уверен в том, что жизнь в том виде, в котором мы ее знаем, зародилась в космическом пространстве, а на Землю ее «занесли» метеориты и кометы. 

Дело в том, что одним из продуктов жизнедеятельности звезд являются полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) – то есть углеводороды, содержащие два (или более) конденсированных — имеющих два общих атома углерода — бензольных кольца. Низкие температуры в плотных межзвездных газово-пылевых облаках позволяют ПАУ конденсироваться на поверхности микроскопических твердых частичек пыли - зерен. Зерна, покрытые льдом, собирают богатые углеродом органические молекулы. Под действием космических лучей и звездного света в этих зернах может происходить синтез более сложных соединений, в том числе молекул, входящих в состав земных живых организмов, вплоть до моносахаридов, аминокислот и нуклеотидов, которые, в свою очередь, являются основой РНК и ДНК. 

Существует также гипотеза, что аминокислоты («кирпичики жизни») были занесены на Землю метеоритами. Формирование таких молекул именно в космосе подтверждает изотопный анализ метеоритов, найденных на Земле. Считается, что источником космических аминокислот в Солнечной системе является пояс Койпера, который сформирован из астероидов и малых планет за Нептуном. Но недавно подобные пояса были обнаружены и у других звездных систем, например, Веги. А значит, есть шанс, что жизнь в привычном нам виде, может существовать и на планетах других систем.

В то же время ПАУ есть и на Земле. И они образуются в результате сгорания топлива. И в этом случае оказываются крайне канцерогенными и вредными для жизни.

«Мы видим двойственную роль ПАУ: они вредны для здоровья живых организмов на Земле, в то же время в космосе они являются основой для создания сложных органических молекул, которые могут приводить к образованию жизни», - отметил Ральф Кайзер.

В Самарском университете Ральф Кайзер совместно с профессорами Александром Мебелем (Международный университет Флориды, США), Майклом Хэвеном (Университет Эмори, США), Валерием Азязовым (Самарский университет) в рамках мегагранта работает над изучением процессов образования ПАУ в ходе горения. 

“В рамках мегагранта по теме «Разработка физически обоснованных моделей горения» мы исследуем механизмы образования ПАУ с точки зрения уменьшения вредных выбросов и планирования более чистых процессов горения, - говорит Ральф Кайзер. - В то же время это фундаментальные механизмы, то есть они одинаковы как для космоса, так и для Земли. Узнав, как образуются ПАУ, мы сможем с одной стороны увеличить полноту горения (в этом случае топливо будет сгорать полностью, а значит не будет вредных выбросов) и помочь сохранить здоровье людей, а с другой – поймем глубинные процессы, происходящие во Вселенной».

Профессор считает, что ученые Самарского университета, - молодые физики, химики и биологи, - могут проводить изыскания в области астробиологии, как это делают их коллеги во всем мире: «Считаю, что для вуза с сильной космической составляющей, такая тематика научных исследований была бы интересна. Надеюсь поработать над совместными проектами в этой области».

Особую надежду Ральф Кайзер возлагает на экспериментальную установку по исследованию реакций горения, которую сейчас создают в Самарском университете в рамках мегагранта. «В Гонолулу есть установка, которая позволяет определить, как происходит синтез сложных органических молекул в условиях космоса. Но как образуются ПАУ мы пытаемся понять из экспериментов, которые проводим на установке в университете Беркли. Проблема в том, что доступ к ней мы получаем всего на две недели в год», - объяснил заинтересованность в самарском проекте Ральф Кайзер. 

Экспериментальная установка, которую планируется собрать в Самарском университете к середине лета - началу осени 2018 года, позволит измерять результаты химических реакций, которые могут приводить к образованию ПАУ. В главной камере установки с помощью турбомолекулярных насосов будет создаваться очень высокий вакуум. «В таких условиях станет ясно, как происходят реакции в том числе в космосе, без «земных» помех, - пояснил профессор Александр Мебель, руководитель мегагранта. – К экспериментам мы собираемся приступить летом 2018 года». Профессор Кайзер предложил что можно даже будет синтезировать фуллерен – углеродную молекулу с формулой С60, который похож на футбольный мяч и состоит из пяти- и шестичленных колец. Подарок Самаре к Чемпионату мира по футболу, игры которого будут проходить как раз в это время. 

«Мы очень надеемся на эту установку. В космосе много молекул, в том числе таких, которые не синтезируются на Земле. Их надо изучать, чтобы понять происхождение Вселенной и то, как зарождалась жизнь на нашей планете. Так что работа для нас будет всегда», - заключил Ральф Кайзер.

Фото: Екатерина Винокурова (фотоклуб "Иллюминатор")