Смертельный яд мог создать первые молекулы жизни в космосе

Вещество, известное своей смертельной опасностью для человека, могло сыграть неожиданно важную роль в истории Земли. Речь идёт о цианистом водороде — соединении, которое при определённых условиях способно запускать сложные химические реакции. Новое исследование показывает, что именно он мог участвовать в формировании первых "кирпичиков" жизни. Об этом сообщает журнал ACS Central Science.

Холодная химия с большими последствиями

Цианистый водород при низких температурах переходит в кристаллическое состояние. Учёные обратили внимание на то, что такие кристаллы не являются химически "мёртвыми". Компьютерное моделирование показало: отдельные грани этих кристаллов обладают повышенной реакционной способностью.

В условиях сильного холода, где большинство реакций практически останавливается, поверхность кристаллов может, напротив, служить активной площадкой для преобразований. Это особенно важно для сценариев ранней Земли или других холодных космических тел, где температура могла быть серьёзным ограничивающим фактором для зарождения сложной химии — так же, как и в гипотезах о происхождении жизни на основе простых молекул.

Возможный путь к строительным блокам жизни

Исследователи предполагают, что именно такие реакции могли стать частью цепочки процессов, приведших к появлению ключевых молекул, необходимых для жизни. Цианистый водород давно рассматривается как потенциально важное пребиотическое соединение.

"Возможно, мы никогда точно не узнаем, как зародилась жизнь, но понимание того, как формируются некоторые из её составляющих, вполне достижимо. Цианистый водород, вероятно, является одним из источников этой химической сложности, и мы показываем, что он может реагировать удивительно быстро в холодных местах", — говорит ведущий автор исследования Мартин Рам.

Ранее уже было известно, что при взаимодействии с водой это вещество способно образовывать аминокислоты, нуклеооснования и полимеры — ключевые элементы белков и ДНК. Новая работа добавляет к этой картине важную деталь: реакции могут происходить даже без жидкой воды и при экстремально низких температурах — условия, которые обсуждаются и в сценариях, где жизнь могла развиваться не только на Земле, но и, например, в рамках марсианской гипотезы происхождения жизни.

Кристаллы как химические "реакторы"

В рамках моделирования учёные воссоздали кристалл цианистого водорода в виде цилиндра длиной около 450 нанометров с округлым основанием и сложной многогранной вершиной. Такая форма, по словам авторов, хорошо соответствует ранее наблюдавшимся структурам, напоминающим кристаллические "паутинки".

Расчёты показали, что на поверхности таких кристаллов возможны по крайней мере два химических пути, превращающих цианистый водород в изоцианид водорода — более реакционноспособное соединение. В зависимости от температуры этот процесс может занимать от нескольких минут до нескольких дней.

Появление изоцианида водорода на поверхности кристаллов, как считают исследователи, открывает дорогу к образованию ещё более сложных пребиотических молекул.

От компьютерных моделей к экспериментам

Авторы подчёркивают, что их выводы основаны на теоретических расчётах. Следующий шаг — лабораторные эксперименты, которые помогут проверить эти прогнозы. В частности, учёные предлагают изучить, что происходит, если кристаллы цианистого водорода механически измельчать в присутствии воды или других простых веществ.

Если такие эксперименты подтвердят расчёты, это укрепит гипотезу о том, что опасные и простые молекулы могли сыграть ключевую роль в формировании химической сложности, предшествовавшей жизни. В этом случае холодные регионы ранней Земли или других планет могут оказаться куда более перспективными для зарождения жизни, чем считалось ранее.