Кристали ціаністого водню можуть бути ключем до зародження життя

Дослідження, очолене Мартіном Рамом та його командою, опубліковане в ACS Central Science, показує несподівані властивості замороженого ціаністого водню. Виявилося, що ця речовина не просто залишається інертною в холоді, а перетворюється на мікроскопічний реактор, який запускає хімічні процеси, здатні закласти основу для виникнення життя.

Ціаністий водень поширений у Сонячній системі та всесвіті. Його виявляють в атмосферах супутників і планет, у кометах та міжзоряних хмарах. Оскільки ця сполука бере участь у синтезі амінокислот і нуклеотидних основ при взаємодії з водою, вчені давно вважають її ключовою пребіотичною молекулою. Нове дослідження йде далі, демонструючи, як тверда форма ціаністого водню генерує потужні електричні поля на своїх полярних поверхнях, які прискорюють складні хімічні перетворення навіть за кріогенних температур.

Ціаністий водень замерзає у довгі голкоподібні кристали з морфологією, схожою на павутиння. Дослідники змоделювали кристал довжиною близько 450 нанометрів, відзначивши, що його грановані кінчики нагадують структури, які спостерігаються під мікроскопом. Поверхні цих кристалів поводяться незвично, виявляючи високоенергетичні грані, здатні генерувати локалізовані електричні поля потужністю до 1,25 В/Å. Ці поля діють як мініатюрні каталізатори, дозволяючи реакціям відбуватися навіть у холодних умовах.

Команда виявила два шляхи реакції, за якими ціаністий водень може ізомеризуватися в ізоціаністий водень, більш реактивну молекулу. Ці реакції можуть відбуватися протягом хвилин за вищих температур або розтягуватися на кілька днів у холодніших умовах. Присутність ізоціаністого водню на цих поверхнях збільшує ймовірність формування складніших молекул, пов'язаних з базовими будівельними блоками життя.

На Титані, супутнику Сатурна, твердий ціаністий водень накопичується зі швидкістю близько 2 міліметрів на мільйон років. Середовище насичене космічним випромінюванням, сонячним ультрафіолетом та зарядженими частинками з магнітосфери Сатурна, що стимулює поверхневі реакції. Дослідники припускають, що ці умови ідеальні для запуску поверхневого каталізу.

Дослідження може пояснити загадково високу концентрацію ізоціаністого водню в холодних регіонах, зокрема в кометних комах та атмосфері Титана. Поверхні кристалів ціаністого водню пропонують альтернативний механізм перетворення, обмежений не енергією, а швидкістю десорбції.