Пахнет ли внеземная жизнь морем?

Диметилсульфид, также известный как DMS, звучит так, как будто это химическое соединение, которое вы постарались бы избежать на этикетке ингредиента, или ядовитый ингредиент в детективе об убийстве. Но некоторые ученые рассматривают это простое соединение как биосигнатуру — ключевой индикатор жизни. Поэтому все были очень взволнованы, когда DMS был обнаружен на «субнептуновой планете» далеко от нашей солнечной системы — в 124 световых годах, или около 17 триллионов миль, в созвездии Льва.

«Мы хотим быть немного осторожнее, заявляя о каких-либо доказательствах существования жизни на данном этапе», — предостерег ведущий автор Никку Мадхусудхан из Кембриджского университета относительно результатов, которые он опубликовал в прошлом месяце в The Astrophysical Journal Letters, издании Американского астрономического общества, совместно с другими исследователями из двух американских космических институтов и двух британских кафедр физики и астрономии.

«Нам нужно рассмотреть гораздо больше молекул, и мы это сделали, и мы не смогли придумать лучшего объяснения», — сказал Мадхусудхан Salon в видеоинтервью. Он признает, что не может быть на 100% уверен, что диметилсульфид, или (CH ₃ ) ₂ S, существует на планете под названием K2-18 b. Но это выглядит весьма вероятным, поскольку исследование прошлого месяца основывалось на статье, опубликованной в 2023 году , в которой также были найдены предположения о наличии DMS на той же планете, но опиралось на другие доказательства.

Но почему случайное соединение, обнаруженное на планете, которая находится так далеко за пределами нашей досягаемости, может быть сильным индикатором жизни? Что ж, давайте рассмотрим историю DMS на Земле, историю странных и поэтичных способов, которыми жизнь появляется и появляется снова в разных обличьях — и с разными запахами.

Диметилсульфид — крупнейший природный источник атмосферной серы на Земле, что означает, что он попадает в атмосферу и циркулирует. Но он начинает свой путь в океане. Вы абсолютно знакомы с ДМС, даже если никогда раньше о нем не слышали. Это источник запаха моря, такого рыбного, яичного аромата, который вызывает глубокую ностальгию, ну, почти у всех.

Интересный ответ поступил от Кристофа Лодамьеля, главного парфюмера Generation by Osmo. «Я лично никогда не использовал этот ингредиент для запаха моря», — сообщил он Salon по электронной почте. «Его скорее можно использовать для «горячих» запахов и для запахов от спелых до перезрелых». Он сравнил запах DMS с «рыбой, которая слишком долго пробыла на солнце», добавив, вполне понятно, что «мы обычно избегаем» таких ассоциаций, «когда воссоздаем запах моря в парфюмерии».

Основатель и генеральный директор Generation by Osmo Алекс Вильтшоу (также по электронной почте) предложил вместо того, чтобы полагаться на запахи гниющей на солнце рыбы, чтобы получить духи с запахом океана, «мы сочетаем водные ноты с минеральными нотами мокрого камня, солеными нотами и нотами чистого воздуха», а также, возможно, «нотками абсолюта морских водорослей или верхних нот мха».

Аналогичным образом, вызывающими ассоциации с окружающей средой являются вещества геосмин и петрикор. Петрикор — это приятный, землистый аромат дождя, падающего на сухую почву, иногда его проще описывают как запах дождя. Это слово почти стало модным. Фактически, его использование , похоже, резко возросло за последнюю четверть века, хотя оно было придумано в журнале Nature в 1964 году . Как и геосмин , вещество, которое придает земле характерный «земляной» запах, петрикор остается близко к земле. Диметилсульфид, однако, распространяется.

DMS, который циркулирует по всему миру, производится, в основном, морскими организмами, в частности микроскопическими растениями, известными как фитопланктон, которые живут в богатом питательными веществами верхнем слое океана. Эти крошечные организмы существуют в изобилии, поэтому DMS отвечает за большую часть того запаха, который мы ассоциируем с морским побережьем.

Из поверхностного слоя океанов Земли DMS, который является летучим химическим веществом, высвобождается в воздух, присоединяясь к атмосферному круговороту серы. Как описывает этот процесс один исследователь , DMS, попав в атмосферу, «имеет другие важные эффекты, становясь «семенем», которое запускает формирование облаков над океанами. Действительно, производство этой молекулы имеет такие масштабы, что оно оказывает большое влияние на климат планеты, благодаря своему влиянию на облачный покров над океанами».

Этой цитате почти 20 лет, но ученые до сих пор не знают точно, в какой степени DMS ответственен за засев облаков , просто это существенный фактор. Крошечные аэрозольные частицы, образующиеся, когда молекулы DMS подвергаются воздействию солнечного света и других молекул в атмосфере, которые становятся «семенами» для облаков, также оказывают существенное влияние на наш климат, отражая солнечный свет обратно в космос.

В 2007 году ученые из Университета Восточной Англии обнаружили, что один ген может производить диметилсульфид из диметилсульфониопропионата, или DMSP, пищи, которой питается фитопланктон. Как описано в статье в Science , вы можете взять этот ген, который имеет броское название dddD, из бактерий, которые живут в море, или найти его в других видах бактерий, которые вместо этого тусуются с растениями, но также производят DMS. Как только вы нашли бактерию с геном dddD, вы можете клонировать ее и внедрить в бактерию E.coli, которая затем с радостью будет производить диметилсульфид. Вышеупомянутый предшественник химического вещества DMSP встречается миллиардами тонн по всему миру в океанах, морях и на морских побережьях. Морские растения и фитопланктон используют его для защиты от солености морской воды, буквально как буфер против стресса. Когда эти крошечные растения умирают, часть их DMSP становится доступной в качестве пищи для других бактерий. В корневой системе наземных растений также могут жить симбиотические бактерии, которые производят диметилсульфид из ДМСП, выделяющегося после смерти их хозяев.

Этот процесс — один вид организмов умирает, предоставляя пропитание другим — является началом этого цикла, по крайней мере на Земле. (Если можно вообще сказать, что у цикла есть начало или конец.) Как написал один из ученых Восточной Англии Эндрю Джонстон в предложении о финансировании проекта 2007 года, описывая роль ДМС в засеивании облаков, его важность известна с 1971 года, «причем ежегодно в воздух по всему миру выбрасывается около 30 миллионов тонн этого вещества».

Водные виды птиц, такие как морские качурки и буревестники, привлекаются ароматом спелой рыбы, в то время как Джонстон позже обнаружил, что у атлантической сельди в микробиоме кишечника есть штаммы бактерий, называемые Pseudomonas и Psychrobacter, которые переваривают DMSP и расщепляют его на, да, диметилсульфид. Как эти бактерии попали внутрь рыбы? Сельдь питается мелкими растениями, известными как мезозоопланктон, которые, в свою очередь, питаются гораздо более мелким фитопланктоном. Эта знакомая экологическая модель — более крупные существа поедают более мелких существ — интернализовала производство этого вызывающего воспоминания и летучего газа.

Хотите получать больше историй о здоровье и науке в свой почтовый ящик? Подпишитесь на еженедельную рассылку Lab Notes от Salon.

Благодаря пищевой цепочке, кажется, создание диметилсульфида может происходить не только в поверхностном слое океана, но и внутри кишок сельди. Сельдь — позвоночное животное, в более широкой эволюционной схеме не сильно отличающееся от нас. Означает ли это, что у людей также есть потенциал создавать сернистые запахи из собственных внутренностей? Что ж, на данный момент нет никаких доказательств того, что наши микробиомы содержат бактерии, производящие ДМС. Но это нормально. Как вы, возможно, знаете, наш вид может производить наши собственные славные формы запаха.

Диметилсульфид является существенным элементом в характерных запахах крови, сыворотки, тканей, мочи и дыхания у людей (и крыс). Не говоря уже об отличительном запахе фекалий и газов, т. е. газов .

Давайте упомянем здесь, что диметилсульфид выделяется во время лесных пожаров , и таким образом способствует появлению запаха, который стал леденящим образом знакомым во многих частях Северной Америки в последние годы. Он также в значительной степени отвечает за запах нежно названного арума мертвой лошади, родственника так называемого трупного цветка или титанового арума.

Другие цветы с неаппетитными запахами используют другие химические вещества в качестве верхних нот, все с целью привлечения опылителей, привлеченных ароматом их любимого типа гниющего мяса. Вот, например, почти лирическое изложение Википедии различных источников запаха цветка-трупа: «Анализ химических веществ, выделяемых початком, показывает, что вонь включает диметилтрисульфид (как сыр лимбургер), диметилдисульфид (чеснок), триметиламин (гниющая рыба), изовалериановую кислоту (потные носки), бензиловый спирт (сладкий цветочный аромат), фенол (как хлорасептик) и индол (как фекалии)». Ученые, сравнивающие молекулы, участвующие в создании запаха мертвой лошадиной арумы , с молекулами, производимыми гниющим трупом, обнаружили, что диметилсульфид был связан со средней стадией разложения в настоящих трупах (чтобы было ясно, это касалось мертвых мышей, а не мертвых лошадей или человеческих трупов).

Все эти пахучие исследования убедили некоторых ученых в том, что ДМС тесно связан с жизнью, что делает его идеальным биосигналом, если его обнаружат за сотни световых лет от нас на какой-нибудь одинокой планете.

Критики открытий Мадхусудхана, однако, указывают, что диметилсульфид может существовать, не демонстрируя жизни вообще. Во-первых, вы можете сделать его в лаборатории .

Как парфюмер Лаудамиель рассказал журналу Salon, ДМС «часто используется в парфюмерии, но не из-за его отливного, тухлого яичного оттенка». Человеческий нос может обнаружить одну часть ДМС на миллион, как неприятный, похожий на капусту запах , используемый, например, для добавления предупреждающего сигнала к ядовитому газу оксиду углерода, который в противном случае является природным газом без запаха. ДМС также получается в результате сульфатной варки целлюлозы, создавая отвратительный, вызывающий рвоту запах, который вы наверняка заметили, если когда-либо проезжали мимо завода по переработке бумаги. Он вырабатывается естественным путем, когда бактерии работают над отходами диметилсульфоксида в канализации .

Когда он не спасает нас от удушья или не выполняет полезные промышленные процессы, диметилсульфид также придает свой «отливной, тухлый яичный оттенок» как почти подсознательный вкус еде и напиткам, измеряемый в нескольких частях на миллион. Однако при варке определенных лагеров пивоварни могут захотеть получить этот слегка странный привкус и добавить достаточно ДМС, чтобы преодолеть порог вкуса как намек на океан (или далекие тухлые яйца, или капусту).

Естественное производство DMS также полезно с медицинской точки зрения. Оказывается, что когда вид бактерий переходит от мирного существования у нас во рту к вызыванию рака толстой кишки в наших нижних областях, он производит диметилсульфид . Ухудшение остеопороза у пожилых женщин может привести к выдыханию DMS , как и положительные эффекты от коктейля лекарств для детей с муковисцидозом.

Но как получается, что соединение, которое дает нам восхитительный запах моря — и, возможно , первое свидетельство жизни на далекой планете — также обеспечивает в целом неприятный запах газов, фекалий и цветов, которые пахнут как гниющее мясо?

«Она действует так же, как соль в пироге», — объяснил Лаудамиель. «В сочетании с другими молекулами, в низких, нераспознаваемых дозировках, она выявляет вкусы других граней». Неприятно звучащие вкусовые ноты, такие как «перезрелая «рвотная» нота, естественно присутствующая в папайе... нота «ног», естественно присутствующая в пармезане, или «потная» нота, естественно присутствующая в темном шоколаде», производят магические эффекты в сочетании с другими и в нужном количестве. Уберите эти ноты, заключил он, и ваша папайя, сыр или шоколад «станут гораздо менее вкусными». Действительно, ДМС, предоставленный природой в нужной дозировке, является компонентом столь желанного аромата трюфелей.

Отвернувшись от нашей планеты с ее вонючим сыром, рвотными потными папайями и потным шоколадом, и обратившись к звездам, ДМС используется в качестве добавки к ракетному топливу, добавляемой в оксид этилена для предотвращения загрязнения выхлопных сопел и прекращения накопления углерода на поверхностях камеры сгорания.

Однако ни один из существующих или планируемых космических аппаратов не сможет приблизить нас к следующему возможному известному источнику диметилсульфида на K2-18 b, планете, где Мадхусудхан и его коллеги обнаружили, благодаря космическому телескопу Джеймса Уэбба , то, что, по их мнению, вполне может быть признаком жизни.

В наши дни астрономы действительно интересуются планетами, расположенными ниже Нептуна, то есть планетами с диаметрами больше, чем у Земли, но меньше, чем у Нептуна. Это экзотическая ниша, которая не существует в нашей солнечной системе, и которая может предложить новые возможности для поиска жизни. Они особенно заинтересованы в недавно определенном типе планет, которые могут существовать в этом диапазоне: миры Hycean , которые обладают богатыми водой недрами, охватывающими планету океанами и атмосферой, богатой водородом. Обнаружение командой Мадхусудхана метана и углекислого газа на K2-18 b подтверждает его аргумент о том, что на планете может быть поверхностная вода, как и тот факт, что они не нашли аммиак, который растворим в воде — если он обнаружен в атмосфере, то, вероятно, океана нет.

Но хотя DMS является биосигнатурой здесь, на Земле, другие ученые указывают, что он мог быть создан каким-то другим процессом в другом месте, так же как его можно производить в лаборатории для промышленных целей. Некоторые ученые предложили другие возможные объяснения сигналов, обнаруженных командой Мадхусудхана, включая статистический шум. Два открытия за последний год подкрепляют эту критику. Одно из них, описанное в октябре прошлого года, — это присутствие диметилсульфида в комете 67P/Чурюмова-Герасименко, которое, как никто не станет утверждать, предполагает биологическую активность.

Мадхусудхан говорит, что это не опровергает его гипотезу; кометы, как известно, являются маленькими лабораториями, которые могут готовить всевозможные невероятные вещи. «В этой же комете также есть молекулярный кислород, верно?» — возразил он. «В ней также есть метан и другие молекулы, включая аминокислоты». Обнаружение чего-либо в комете, сказал он, «не означает, что это не может быть биосигнатурой в планетарной атмосфере, потому что это две совершенно разные среды».

Еще одно открытие, которое может поставить под сомнение идею о том, что DMS приравнивается к присутствию жизни, — это открытие диметилсульфида, который здесь, на Земле, заставляет море пахнуть морем, дрейфуя в глубоком космосе между звездами . В феврале международная группа астрономов, сообщая на открытой научной платформе Arxiv, заявила, что обнаружила DMS во время сверхглубокого молекулярного линейного исследования, в котором используются модные телескопы для изучения спектра длин волн в одном конкретном участке внешнего космоса, а затем каталогизации его химического состава и физических свойств, таких как температура и плотность. В этом случае они направили свои телескопы на молекулярное облако Галактического центра под названием G+0.693-0.027.

И там они обнаружили диметилсульфид, просто вибрирующий в пустоте.