Цианистый водород, возможно, способствовал зарождению жизни, превратив ледяные кристаллы в микроскопические реакторы.
Замороженные кристаллы цианистого водорода, возможно, действовали как естественные химические реакторы, создавая строительные блоки для жизни в ледяной среде. Фото: AI/ScienceDaily.com
Химическое вещество, известное своей опасностью для человека, возможно, сыграло неожиданную роль в зарождении жизни на Земле. Цианистый водород, который является очень ядовитым веществом, может превращаться в кристаллы при низких температурах. Компьютерное моделирование, опубликованное в ACS Central Science, показывает, что некоторые поверхности этих кристаллов обладают необычной реактивностью, что позволяет протекать химическим процессам, которые обычно не могут происходить в таких холодных условиях. По мнению исследователей, эти реакции, возможно, запустили цепочку событий, которые привели к образованию нескольких фундаментальных строительных блоков жизни.
«Возможно, мы никогда точно не узнаем, как зародилась жизнь, но понять, как формируются некоторые ее составляющие, вполне возможно. Цианистый водород, вероятно, является одним из источников этой химической сложности, и мы показываем, что он может удивительно быстро реагировать в холодных местах», — говорит Мартин Рам, автор исследования.
Цианистый водород за пределами Земли и в ранней химии.
Цианистый водород не является редкостью во Вселенной. Он был обнаружен на кометах и в атмосферах планет и спутников (например, Титана, спутника Сатурна). Когда цианистый водород взаимодействует с водой, он может образовывать полимеры, аминокислоты и нуклеиновые основания (компоненты белков и нитей ДНК соответственно). Чтобы лучше понять, насколько реакционноспособной может быть эта молекула, Марко Капеллетти, Хильда Сандстрем и Мартин Рам использовали компьютерное моделирование для изучения цианистого водорода в его замороженном состоянии.
В ходе своих экспериментов команда смоделировала стабильный кристалл цианистого водорода в форме длинного цилиндра длиной около 450 нанометров. Структура включала округлое основание и верхнюю часть с множеством плоских граней, напоминающих ограненный драгоценный камень. Этот дизайн в точности соответствует более ранним наблюдениям за кристаллическими образованиями, описанными как «паутина», которые распространяются наружу от центральной точки, где сходятся многогранные концы.
Неожиданная химия при экстремальном холоде
Расчеты показали, что эти замороженные кристаллы могут способствовать химическим реакциям, которые обычно отсутствуют в условиях экстремально низких температур. Проанализировав химическое поведение поверхностей кристаллов, исследователи определили два пути реакции, которые могут привести к превращению цианистого водорода в изоцианид водорода, более химически активное соединение. В зависимости от температуры, это превращение может произойти в течение нескольких минут или занять несколько дней. Исследователи отмечают, что наличие изоцианида водорода на поверхности кристаллов увеличивает вероятность того, что там могут образоваться еще более сложные пребиотические молекулы.
Тестирование результатов в лаборатории
Команда надеется, что их результаты вдохновят на лабораторные эксперименты по проверке этих предсказаний. Один из предложенных подходов заключается в измельчении кристаллов цианистого водорода в присутствии таких веществ, как вода, чтобы обнажить свежие поверхности кристаллов. Затем ученые могли бы наблюдать, способствуют ли эти поверхности образованию сложных молекул в экстремально холодных условиях.
Авторы признают финансовую поддержку Шведского исследовательского совета и Национальной академической инфраструктуры суперкомпьютеров в Швеции.