Биологические признаки в связанных изотопах O2
Biological signatures in clumped isotopes of O2. Laurence Y. Yeung, Jeanine L. Ash, Edward D. Young. Science. 2015. Vol. 348. No 6233. P. 431–434.
Пары связанных изотопов, присутствующих в одном веществе, активно используются для определения температур формирования природных минералов. Подобные изотопные методы основываются на постулате о том, что в момент формирования вещества было достигнуто изотопное равновесие. В результате лабораторных экспериментов с закрытыми террариумными системами авторам удалось показать, что биологический цикл O2 нарушает изотопное равновесие кислорода. И, если при достижении изотопного равновесие имеет место обогащение тяжелыми изотопами O2 (18O18O и 17O18O), то в процессе фотосинтеза образуются обедненные относительно стохастического распределения пары изотопов кислорода. Формирующиеся во время фотосинтеза в тканях растений молекулы кислорода являются продуктом работы пятиступенчатого биологического конвейера, который начинается с расщепления воды и заканчивается формированием кислорода. Авторы обнаружили, что этот процесс производит меньше тяжелых молекул, чем это происходило бы, если бы они формировались случайно. Молекулы кислорода формируются в особом белковом комплексе (в так называемой «фотосистеме-2»), которая одновременно разрывает две молекулы воды и соединяет их атомы кислорода в единую молекулу O2. Благодаря этому молекулы, состоящие из тяжелых изотопов 18O или 17O, формируются внутри растений гораздо хуже, чем они это делали бы без помощи «фотосистемы-2». По этой причине растения будут выделять в атмосферу гораздо меньше тяжелого кислорода, чем это происходило бы в том случае, если бы кислород формировался в ходе расщепления молекул воды ударами молний или в ходе каких-то других «неживых» процессов. Со временем, недостаток тяжелого кислорода будет заметен по всей атмосфере. Построенная модель предполагает, что уникальная информация о биологической жизнедеятельности может быть заключена в связанных изотопах O2. Таким образом, следы фотосинтезирующей жизни на планетах за пределами Солнечной системы можно обнаружить по особому соотношению долей изотопов кислорода и отсутствию в атмосфере молекул, состоящих из тяжелых изотопов этого газа, ведь даже существующие сегодня спектроскопы могут уловить характерные пропорции в долях тяжелых изотопов кислорода в атмосферах экзопланет в том случае, если в их океанах присутствуют колонии планктона.
В.В. Стрекопытов