Обнаружение биотических углеводородов по скученности атомов углерода

Загадка происхождения углеводородов, обнаруженных во внеземной среде, может быть наконец решена благодаря методике, разработанной исследователями из Tokyo Tech на основе анализа содержания изотопа ¹³C-¹³C. Измерив содержание скученного изотопа ¹³C-¹³C в углеводородах, можно определить, был ли углеводород произведен в результате биологических процессов. Это открывает возможности для отличия таких углеводородов от абиотических, что поможет в поиске внеземной жизни.

Важной подписью жизни является наличие органических молекул, возникших в результате биологических процессов. Наиболее распространенной органической молекулой во всех формах жизни являются углеводороды. Однако они не обязательно имеют биотическое происхождение, то есть могут быть образованы в результате термического разложения осадочного органического вещества или микробами. Поэтому, хотя углеводороды были найдены в нескольких местах за пределами Земли, они не обязательно указывают на внеземную жизнь. Эти углеводороды вполне могли образоваться в результате абиотических, или небиологических процессов. Таким образом, выяснение того, является ли углеводород биотического или абиотического происхождения, является ключом к выводу о существовании жизни. К сожалению, до сих пор эта задача была чрезвычайно сложной.

Теперь группа исследователей под руководством профессора Юитиро Уэно из Токийского технологического института (Tokyo Tech) справилась с этой задачей. Команда сообщает о новом и надежном подходе к определению источников углеводородов путем изучения относительного содержания изотопа углерода, а именно ¹³C-¹³C, в органических молекулах.

Рассказывая о своем исследовании, опубликованном в Nature Communications, профессор Уэно говорит: «Хотя существуют методы определения источника углеводорода, такие как анализ изотопного состава отдельных соединений, они требуют наличия целого набора молекул, которые не всегда доступны для отбора проб. В отличие от них, наш метод позволяет использовать информацию, содержащуюся в молекуле, для определения источника ее происхождения».

Чтобы использовать эту информацию, команда изучила относительное содержание различных изотопов углерода в этане. Они сравнили содержание молекул этана, имеющих оба атома ¹²C, один атом ¹²C и один атом ¹³C, и оба атома ¹³C. На основе этого команда рассчитала содержание ¹³C-¹³C в молекулах этана в образце. Они сравнили значение этого содержания ¹³C-¹³C в этане природного газа с этаном, синтезированным в лаборатории.

Они обнаружили, что содержание ¹³C-¹³C в этане природного газа, который образуется в результате термического разложения органического вещества, было относительно выше, чем можно было бы ожидать, исходя из естественного содержания ¹³C. По мнению команды, это связано с углеродными связями в органических молекулах, из которых образуется природный газ. Это резко контрастировало с абиотически произведенным этаном, который показал значительно более низкое содержание ¹³C-¹³C. Кроме того, они наблюдали, что микробиологически произведенный этан имел еще более высокое содержание ¹³C-¹³C, чем термогенный этан.

«Этот новый подход может помочь нам определить происхождение органических молекул как на Земле, так и во внеземных средах. Он может легко дифференцировать термогенные, абиотические и микробиологически произведенные углеводороды», — говорит профессор Уэно. «Хотя для дальнейшей калибровки метода необходимо провести больше межлабораторных работ, мы считаем, что он потенциально может помочь обнаружить признаки жизни в других частях Вселенной».