Все ли комбинации правосторонних и левосторонних аминокислот и сахаров равновероятны?

Я разрабатываю планеты для жесткого (почти) научно-фантастического сеттинга RPG. Поэтому я хочу выяснить, есть ли какие-нибудь подсказки или теории относительно того, какая часть планет с жизнью будет иметь базовую биохимию, совместимую с земной. (Я знаю, что вещи более высокого уровня, например, будут иметь гораздо меньше шансов на совместимость).

На Земле есть правосторонние сахара и (в основном) левосторонние аминокислоты. Но есть еще 3 возможных комбинации:

Сетка хиральности

Итак… одинаково ли вероятны все эти четыре исхода? Есть ли какая-нибудь энергетическая причина, которая предпочла бы правосторонние формы левосторонним, как только на сцену выйдет протобиология? Например, если захват или производство одной формы, а не другой, является более энергоэффективным, естественный отбор должен благоприятствовать этому. Есть ли для этого какая-либо основа в химии или биохимии реального мира?

Для контекста я хочу, чтобы планеты попадали в следующие категории, и меня интересуют некоторые реалистичные пропорции каждого типа. Все дело в «бесплатных» экосистемных услугах, а не в том, что людям приходится создавать свою экологию с нуля.

  1. Земля. Дышащая атмосфера. Кислород делает возможными двигатели внутреннего сгорания и тому подобное. Люди и домашние животные могут употреблять в пищу широкий спектр флоры и фауны, не беспокоясь об усвояемости или отравлении. Местные микробы с радостью перерабатывают все, начиная от срубленной вишни, заканчивая нечистотами местного города и трупом верного старого Ровера, закопанного в саду.
  2. «Близкий близнец» Земли. Жизнь создала пригодную для дыхания атмосферу с высоким содержанием кислорода и низким содержанием CO2. Одинаковая хиральность аминокислот, белков, сахаров. Местные микробы с удовольствием поедают земляные деревья/нечистоты/трупы. Будут местные причуды, уникальные для каждой планеты, например, местное мясо должно быть обработано, чтобы удалить странные гормоны, которые вызывают шумы в сердце у людей, или жизнь еще не появилась на земле, поэтому внутренняя часть континентов представляет собой бесплодные пустоши.
  3. Несовместимая биохимия. Жизнь создала пригодную для дыхания атмосферу, но ее сахара/белки имеют неправильную хиральность, поэтому есть ее (или она съедает вас) нельзя. Вы должны терраформировать почву, чтобы обеспечить микробы и гумус для выращивания земных культур и т. д.
  4. Безжизненные скалы с непригодной для дыхания атмосферой. Этих планет ОЧЕНЬ много.
Следует учитывать одну вещь: даже существа с несовместимой биохимией могут сломать вас ради вкусных веществ в вашем теле. Кальций есть кальций, независимо от происхождения...
@JoeBloggs Хороший вопрос. У меня теперь злые мысли о Планете Хищников, Перегрызающих Кости! :-) Я понятия не имею, легко или сложно получить кальций из всех этих надоедливых хрящей, если вы не можете переваривать белки.
Это не только кальций. Нагло воровать из The Expanse: с точки зрения инопланетной бактерии вы просто хорошая, полезная куча ресурсов. Это не столько еда, сколько добыча полезных ископаемых.
@ДжоБлоггс. Я сам люблю Липоворы из РПГ Ashen Stars — они «вампиры», которые охотятся за жирами вашего тела, включая фосфолипиды вашей центральной нервной системы.

Ответы (2)

В аминокислотах, используемых земными формами жизни, нет ничего особенного. Скорее всего, в других местах жизни будут использоваться по крайней мере некоторые другие аминокислоты.

Я не уверен насчет аминокислот, но для сахаров левая и правая формы образуются в равных пропорциях в результате многих химических реакций. Предпочтение форм жизни только одному из энантиомеров является случайностью, и в других мирах другие случайности действительно могли бы привести к предпочтению другого энантиомера или, по крайней мере, в случае сахаров, к полному или частичному безразличию.

Даже на Земле предпочтение форм жизни, например, в отношении D-глюкозы не является абсолютным; есть бактерии, такие как Burkholderia caryophylli , которые способны перерабатывать L-глюкозу. Эта способность не получила широкого распространения просто потому, что доступной L-глюкозы очень мало. Если наземные бактерии найдут обильный источник L-глюкозы, они обязательно и быстро разовьют способность ее перерабатывать — в конце концов, штаммы Flavobacterium развили способность поедать нейлон не более чем за 40 лет (нейлон был изобретен в 1935 году, а первые нейлоновые бактерии были обнаружены в 1975 г.).

Этот факт поедания нейлона потрясающий!
В 1971 году была написана научно-фантастическая книга под названием «Мутант 59: Пожиратели пластика». Сюжет: Монстры поедали все формы пластика, обрекая человечество.

Я считаю, что грубая статистическая механика/термодинамика не поддерживает ни левые, ни правые молекулы белков или сахаров соответственно. Однако биохимические ферменты обычно не слепы к хиральности (хиральности). Самовоспроизводящиеся молекулы в жизни эволюционировали, чтобы расходовать энергию/ресурсы для воспроизведения своих собственных специфических версий, включая количество сахаров и белков.

Поиск неравных концентраций хиральных изомеров был предложен в качестве механизма поиска жизни на Марсе. См. http://www.gillevin.com/Mars/GVL_SPIE_2010.pdf

Если вам интересна эта тема, я предлагаю вам прочитать роман Желязны « Двери в песке », в котором есть предположения о вкусе продуктов с перевернутыми чувствами. (Это не тот эксперимент, который мне хотелось бы попробовать лично.)