Смертоносное вещество, застывшее во льду, могло запустить зарождение жизни на Земле

Химическое соединение, известное своей смертельной опасностью для человека, возможно, сыграло ключевую роль в возникновении жизни на Земле. Речь идёт о цианистом водороде (синильной кислоте) — высокотоксичном веществе, которое при экстремально низких температурах может превращаться в ледяные кристаллы с неожиданно высокой химической активностью.

Согласно новому исследованию, опубликованному в журнале ACS Central Science, такие кристаллы могли выступать своеобразными «микроскопическими реакционными двигателями», запускающими химические процессы, необходимые для формирования первых строительных блоков жизни.

Химия, вопреки холоду

В обычных условиях экстремальный холод резко замедляет или полностью останавливает химические реакции. Однако компьютерное моделирование показало, что поверхности замёрзших кристаллов цианистого водорода обладают необычными свойствами. Некоторые их грани становятся крайне реакционноспособными, позволяя химическим превращениям происходить даже при очень низких температурах.

По мнению учёных, именно такие реакции могли привести к образованию более активных молекул, которые затем стали основой для сложной предбиотической химии — предшественницы живых систем.

Распространённое вещество во Вселенной

Цианистый водород вовсе не является редкостью в космосе. Его обнаруживали в составе комет, а также в атмосферах планет и спутников, включая Титан — крупнейший спутник Сатурна. Известно, что при взаимодействии с водой это соединение способно образовывать полимеры, аминокислоты и нуклеобазы — ключевые компоненты белков и ДНК.

Чтобы глубже изучить его свойства, исследователи Марко Капеллетти, Хильда Сандстрём и Мартин Рам использовали компьютерное моделирование замёрзшего цианистого водорода.

Необычная структура кристаллов

В симуляциях была воссоздана устойчивая кристаллическая структура в форме вытянутого цилиндра длиной около 450 нанометров. Один конец кристалла имел округлую форму, а другой — несколько плоских граней, напоминающих огранённый драгоценный камень. Подобные структуры ранее наблюдались в экспериментах и получили образное название «кристаллических паутин», расходящихся от центральной точки.

Именно эти многогранные поверхности оказались наиболее химически активными.

Неожиданные реакции

Расчёты показали, что на поверхности таких кристаллов могут происходить реакции, практически невозможные в условиях сильного холода. В частности, были выявлены два реакционных пути, позволяющих превращать цианистый водород в изоцианистый водород — соединение с ещё более высокой реакционной способностью.

В зависимости от температуры этот процесс может занимать от нескольких минут до нескольких дней. Наличие изоцианистого водорода на поверхности кристаллов значительно повышает вероятность образования более сложных предбиотических молекул.

Шаг к экспериментальной проверке

Авторы исследования надеются, что их работа послужит стимулом для лабораторных экспериментов. Один из возможных подходов — механическое разрушение кристаллов цианистого водорода в присутствии воды или других веществ, чтобы обнажить свежие реакционноспособные поверхности. Далее учёные смогут наблюдать, способствуют ли они формированию сложных молекул в условиях экстремального холода.

Новое понимание происхождения жизни

Полученные результаты меняют представление о роли льда и холода в ранней химической эволюции. Замёрзшие миры — как в далёком космосе, так и на ранней Земле — могли быть гораздо более химически активными, чем считалось ранее. Это открывает новые горизонты в поиске жизни за пределами нашей планеты и помогает лучше понять, как неживая материя могла однажды стать живой.