Исследователи пролили свет на то, как ключевой ингредиент жизни может образовываться в космосе

Ученые успешно сформировали карбен под названием гидроксиметилен (HCOH), расщепив метанол (обычный спирт, содержащийся во многих промышленных химикатах, таких как формальдегид) с помощью импульсов ультрафиолетового света. Результаты работы были опубликованы в газете 14 мая 2024 года в Журнале Американского химического общества.

«Удивительно, что этот карбомер возник из такой распространенной молекулы, как метанол — бутылки с ним есть в лабораториях повсюду», — говорит Лия Додсон, доцент кафедры химии и биохимии UMD и старший автор статьи.

«Ультрафиолетовые лазеры с длиной волны 193 нанометра также довольно стандартны. Это означает, что карбены могут естественным образом образовываться в таких местах, как космос, где много метанола и ультрафиолетового излучения. А дальнейшие реакции карбенов, образовавшихся в космосе в результате этого процесса, могут привести к появлению биомолекул, из которых состоит жизнь».

Полученные результаты дают представление о механизмах образования карбенов и их реакциях на Земле, что позволяет лучше понять потенциал молекул для создания сахаров, необходимых для жизни.

«Существуют авторитетные исследования, свидетельствующие о том, что HCOH может вступать в реакцию с образованием простых сахаров, в том числе и тех, которые ранее были обнаружены в космосе», — говорит ведущий автор исследования Эмили Хокей. Мы думаем, что, возможно, этот карбен, поскольку он происходит из молекулы, которая так вездесуща в космосе и может быть найдена где угодно, является тем недостающим элементом, который заполнит пробелы в наших знаниях о том, как метанол и простые сахара могут привести к большим и более совершенным биомолекулам». »

Из-за своей сверхреактивности молекулы карбенов обычно имеют очень короткое время жизни. Из-за этих особенностей ученым сложно создавать и наблюдать карбены, что ограничивает глубокое понимание молекулы. Однако новый метод получения карбенов позволил команде UMD изучить молекулы достаточно близко, чтобы наблюдать их образование и распад в течение миллисекундных временных интервалов. Исследователи были удивлены, обнаружив, что HCOH относительно медленно реагирует с кислородом при комнатной температуре.

«Когда мы посмотрели на реакционную способность HCOH в нашей системе при комнатной температуре, мы увидели, что он распадается в течение 15 миллисекунд», — объясняет Хокей. «Интересно, что, поскольку карбены считаются сверхреактивными соединениями, разумно предположить, что этот карбен так быстро прореагирует с кислородом, что его невозможно будет уловить. Но этого не произошло. Хотя под воздействием кислорода карбен разлагался все быстрее и быстрее, это происходило достаточно медленно, чтобы мы могли наблюдать этот распад».

Исследователи считают, что их метод получения и изучения карбенов поможет астрономам и астрохимикам получить новые сведения о происхождении жизни и о том, как жизнь в космосе могла развиваться иначе, чем жизнь на Земле. Они надеются развить свои открытия, тщательно изучив, что происходит во время распада метанола, и количественно определив различные продукты, образующиеся при реакции метанола с ультрафиолетовым светом.

«Мы знаем, что в ходе нашего процесса образуются карбены, такие как HCOH, но мы хотели бы глубже изучить, какой процент из них превращается, например, в формальдегид, метилен или другие углеводородные радикалы», — объясняет Хокей. «Изначально мы думали, что все продукты будут метокси-радикалами, но наши эксперименты показали, что процесс и получаемые продукты более сложны, чем наши первоначальные предположения».

Знание типов и количества продуктов, образующихся при распаде метанола под действием ультрафиолетового излучения, позволит астрономам и астрохимикам получить более точное представление об астрофизических объектах и их эволюции на протяжении миллиардов лет.

«Если существующие данные о том, что образуется в результате фотодиссоциации метанола, неверны, то неверными будут и распространяемые модели, и наше понимание того, как из этих молекул возникла жизнь, тоже может оказаться под угрозой», — говорит Додсон. «Наша последующая работа, надеюсь, заложит основу для такого моделирования».