Karbeny, kluczowe składniki życia, mogą powstawać w kosmosie

Astrochemicy odkryli nowy sposób w jaki tworzą się karbeny, reaktywne, ale niestabilne cząsteczki, zaangażowane w wiele wysokoenergetycznych reakcji chemicznych, takich jak tworzenie węglowodanów. Są one kluczowym składnikiem życia na Ziemi i być może w kosmosie.

Naukowcy z University of Maryland z powodzeniem utworzyli karben o nazwie hydroksymetylen (HCOH), rozkładając metanol (powszechny alkohol występujący w wielu przemysłowych chemikaliach, takich jak formaldehyd) za pomocą impulsów promieniowania ultrafioletowego. Badanie zostało opublikowane w Journal of the American Chemical Society.

„Zaskakujące jest to, że karbeny mogą pochodzić z tak powszechnej cząsteczki jak metanol – jest on wszechobecny w laboratoriach. Lasery UV o długości fali 193 nanometrów są również dość standardowe. Oznacza to, że karbeny mogą naturalnie tworzyć się w miejscach takich jak przestrzeń kosmiczna, gdzie jest dużo metanolu i promieniowania ultrafioletowego. A dalsze reakcje karbenów powstałych w kosmosie w tym procesie mogą prowadzić do biomolekuł, które tworzą życie” – mówi Leah Dodson z University of Maryland.

Jak wskazują naukowcy, nowe badanie ujawnia wskazówki dotyczące mechanizmów powstawania i reakcji karbenów na Ziemi, co prowadzi do lepszego zrozumienia potencjału tych cząsteczek do tworzenia cukrów niezbędnych do życia.

„Istnieją ugruntowane badania, które sugerują, że HCOH może reagować, tworząc cukry proste, w tym niektóre, wykryte wcześniej w kosmosie. Uważamy, że jest możliwe, że ten karben jest brakującym elementem wypełniającym luki w naszej wiedzy o tym, jak metanol i proste cukry mogą prowadzić do większych, bardziej zaawansowanych biomolekuł, ponieważ pochodzi z cząsteczki, która jest tak wszechobecna w kosmosie i może być wykryta wszędzie” – tłumaczy Emily Hockey z University of Maryland.

Ze względu na swoją reaktywność, jak wskazują chemicy, karbeny mają zazwyczaj bardzo krótki czas życia. Ta cecha sprawia, że są one trudne do wytworzenia i obserwacji przez naukowców, co ogranicza dogłębne zrozumienie tej cząsteczki. Jednak nowatorska metoda ich wytwarzania opracowana przez badaczy z University of Maryland, pozwoliła na wystarczająco dokładne zbadanie cząsteczek, aby zobaczyć ich powstawanie i rozpad w milisekundowych skalach czasowych. Naukowcy byli zaskoczeni odkryciem, że HCOH reaguje stosunkowo wolno z tlenem w temperaturze pokojowej.

„Kiedy przyjrzeliśmy się reaktywności HCOH w naszym systemie w temperaturze pokojowej, zobaczyliśmy, że rozpada się on w ciągu 15 milisekund. Interesujące jest to, że ponieważ karbeny są uważane za niezwykle reaktywne, rozsądne było założenie, że ten zareaguje tak szybko na coś takiego jak tlen, że nie będzie możliwe, aby go uchwycić. Tak się jednak nie stało. Chociaż karben rozpadał się coraz szybciej po wystawieniu na działanie tlenu, było to na tyle powolne, że byliśmy w stanie zaobserwować ten rozpad” – wyjaśnia Hockey.

Naukowcy uważają, że ich metoda produkcji i badania karbenów pomoże astrochemikom uzyskać nowy wgląd w pochodzenie życia i to, jak w kosmosie mogło ewoluować inaczej niż życie na Ziemi.

„Wiemy, że podczas opracowanego przez nas procesu powstają karbeny, takie jak HCOH, ale chcielibyśmy głębiej zbadać, jaki procent z nich kończy się na przykład jako formaldehyd, metylen lub inne rodniki węglowodorowe. Początkowo sądziliśmy, że wszystkie produkty będą rodnikami metoksylowymi, ale nasze eksperymenty pokazują, że proces i powstające produkty są bardziej skomplikowane niż nasze pierwotne założenia” – dodaje Hockey.

Znajomość rodzajów i ilości produktów powstałych w wyniku rozkładu metanolu za pomocą promieniowania UV zapewniłaby naukowcom dokładniejsze spojrzenie na obiekty astrofizyczne i ich ewolucję na przestrzeni miliardów lat.

Emil Gołoś