Смертельный яд в космическом льду мог стать искрой жизни на Земле

Химическое вещество, известное своей опасностью для человека, могло сыграть неожиданную роль в самых ранних шагах к возникновению жизни на Земле. Цианистый водород, высокотоксичный яд, способен замерзать в кристаллы при низких температурах. Компьютерное моделирование, опубликованное в журнале ACS Central Science, показывает, что определённые поверхности этих кристаллов обладают необычной реакционной способностью, позволяя протекать химическим процессам, которые в норме не могут происходить в таких холодных условиях. По мнению исследователей, эти реакции могли запустить цепь событий, приведших к образованию нескольких фундаментальных «кирпичиков» жизни.

Кристаллы замороженного цианистого водорода могли действовать как естественные химические реакторы, запуская формирование строительных блоков жизни в ледяных средах. Автор: AI/ScienceDaily.com

«Мы, возможно, никогда не узнаем точно, как началась жизнь, но понять, как формируются некоторые её ингредиенты, нам по силам. Цианистый водород, вероятно, является одним из источников этой химической сложности, и мы показываем, что он может реагировать удивительно быстро в холодных местах», — говорит Мартин Рам, ведущий автор исследования.

Цианистый водород не является редкостью во Вселенной. Его обнаруживали на кометах и в атмосферах планет и их спутников (например, на спутнике Сатурна Титане). При взаимодействии с водой цианистый водород может давать начало полимерам, аминокислотам и нуклеотидным основаниям (компонентам белков и цепочек ДНК соответственно). Чтобы лучше понять, насколько реакционноспособна эта молекула, Марко Капеллетти, Хильда Сандстрём и Мартин Рам использовали компьютерное моделирование для изучения цианистого водорода в замороженном состоянии.

В своих симуляциях команда смоделировала стабильный кристалл цианистого водорода в форме длинного цилиндра длиной около 450 нанометров. Структура включала округлое основание и вершину с несколькими плоскими гранями, напоминающую огранённый драгоценный камень. Этот дизайн близко соответствует более ранним наблюдениям кристаллических образований, описанных как «паутинки», которые расходятся от центральной точки, где встречаются многогранные концы.

Расчёты показали, что эти замёрзшие кристаллы могут способствовать химическим реакциям, которые обычно отсутствуют в экстремально холодных средах. Проанализировав химическое поведение поверхностей кристаллов, исследователи выявили два реакционных пути, которые могли бы превратить цианистый водород в изоцианистый водород — более реакционноспособное соединение. В зависимости от температуры это превращение могло происходить за минуты или занимать несколько дней. Учёные отмечают, что наличие изоцианистого водорода на поверхности кристалла повышает вероятность образования там ещё более сложных пребиотических молекул.

Команда надеется, что их выводы вдохновят лабораторные эксперименты для проверки этих предсказаний. Один из предложенных подходов предполагает измельчение кристаллов цианистого водорода в присутствии таких веществ, как вода, чтобы обнажить свежие кристаллические поверхности. Учёные могли бы затем наблюдать, способствуют ли эти поверхности образованию сложных молекул в условиях экстремального холода.

Авторы благодарят за финансирование Шведский исследовательский совет и Национальную академическую инфраструктуру для суперкомпьютеров в Швеции.

Интересный факт: Цианистый водород (HCN) считается ключевой молекулой в пребиотической химии — науке о происхождении жизни. Он был обнаружен даже в межзвёздном пространстве, что подтверждает его космическую распространённость и потенциальную роль в «засеивании» молодой Земли органическими соединениями.