Low Temperature Physics: 47, 199 (2021); https://doi.org/10.1063/10.0003519
Физика Низких Температур: Том 47, Выпуск 3 (Март 2021), c. 219-226    ( к оглавлению , назад )

Did life originate from low-temperature areas of the Universe?

Serge A. Krasnokutski

Laboratory Astrophysics Group of the Max Planck Institute for Astronomy at the University of Jena Jena 07743, Germany
E-mail: sergiy.krasnokutskiy@uni-jena.de.

Received September 28, 2020, published online January 26, 2021

Abstract

The biological molecules delivered to Earth on the board of meteorites and comets were called one of the possible causes of the origin of life. Therefore, our understanding of the routes of formation of biomolecules in space should shed a light on the possibility of the existence of habitable extrasolar planets. The large abundance of organic molecules is found in the space regions with the lowest temperature. Different routes of the organics formation in these areas were suggested. In this article, we demonstrate that complex organic molecules (COMs) as well as important biological molecules can be formed due to the reaction of C atoms with the mantels of molecular ices covering refractory dust grains present in the interstellar medium (ISM). Having four valence electrons, C atoms act as glue joining simple non-organic molecules and converting them into organic matter. The formation of many molecules is barrierless and thus can happen at low temperature. The barrierless reaction C + NH3 + CO → NH2CHCO attracts particular interest. The product of this reaction is an isomer of the glycine residue of a polypeptide and expected to be efficiently formed in the translucent molecular clouds. The polymerization of these molecules leads to the formation of proteins that according to some theories are life’s first molecules. Considering a high abundance of atomic carbon in the ISM, we expect a high efficiency of the formation of a large variety of different organic molecules, and show why the amount of organic material formed by condensation of atomic carbon can be underestimated.

Анотація

Біологічні молекули, що доставлені на Землю метеоритами та кометами, вважають однією з можливих причин виникнення життя. Тому надане розуміння шляхів утворення біомолекул у космосі повинно пролити світло на можливість існування придатних для життя позасонячних планет. Велика кількість органічних молекул знаходиться в космічних регіонах з найнижчою температурою. Запропоновано різні шляхи утворення органічних молекул у цих областях. Продемонстровано, що складні органічні молекули (COMs), а також важливі біологічні молекули можуть утворюватися внаслідок реакції атомів вуглецю з поверхнею молекулярного льоду, що покриває пилові зерна, присутні в міжзоряному середовищі (ISM). Маючи чотири валентні електрони, атоми вуглецю діють як клей, що з’єднує прості неорганічні молекули та перетворює їх на органічну речовину. Утворення багатьох молекул є безбар’єрним і, отже, може відбуватися при низькій температурі. Особливий інтерес привертає безбар’єрна реакція C + NH3 + CO → NH2CHCO. Продуктом цієї реакції є ізомер гліцинового фрагменту поліпептиду, та, як очікується, він буде ефективно утворюватися в напівпрозорих молекулярних хмарах. Полімеризація цих молекул призводить до утворення білків, які за деякими теоріями є першими молекулами живої матерії. Враховуючи значну кількість атомарного вуглецю в міжзоряному середовищі, очікується висока ефективність утворення великої різноманітності різних органічних молекул та показується, чому кількість органічного матеріалу, що утворюється при конденсації атомарного вуглецю, може бути недооціненою.

Key words: origin of life, low-temperature chemistry, complex organic molecules (COMs), interstellar medium (ISM), interstellar dust.