תרכובות פחמן לא יציבות בחלל? גילוי חדש עשוי להסביר את המקורות הקוסמיים של החיים 

חוקרים מאוניברסיטת מרילנד פיתחו שיטה חדשה לייצור תרכובות פחמן לא יציבות, במיוחד הידרוקסימתיולן, באמצעות קרני UV כדי לפרק מתנול. גילוי זה לא רק מסביר את היווצרות תרכובות הפחמן על-פני כדור הארץ, אלא גם מציע הופעה ספונטנית אפשרית בחלל, ועשויה לתרום להיווצרות אבני הבניין של החיים כמו סוכרים

כימאים פיתחו שיטה ליצירת תרכובות פחמן לא יציבות ממתנול, מה שמשפר את הבנתנו על היווצרות מולקולות חיוניות לחיים.

צוות כימאים מאוניברסיטת מרילנד פיתח שיטה חדשה ליצירת קרבנים, תרכובות פחמן שמגיבות מהר ואינן יציבות. אלה תרכובות פחמן שמעורבות בהרבה תגובות כימיות באנרגיה גבוהה, כמו יצירת פחמימות, והם חיוניים לאבני הבניין של החיים על כדור הארץ—ואולי גם בחלל.

במחקרם, שפורסם בכתב העת Journal of the American Chemical Society, הצליחו המדענים ליצור תרכובת פחמן בשם הידרוקסימתיולן (HCOH) על-ידי פירוק מתנול, ממס אורגני נפוץ הנמצא בהרבה כימיקלים תעשייתיים כמו פורמלדהיד) באמצעות פולסים של קרינת UV.

“מפתיע לראות את תרכובת הפחמן הזו מגיעה ממולקולה כל כך רגילה כמו מתנול—יש לנו בקבוקי ספריי של זה במעבדות בכל מקום,” אמרה לאה דודסון, מרצה בכירה בכימיה וביוכימיה ב-UMD והמחברת הראשית של המאמר. “לייזרי UV באורך גל של 193 ננומטרים הם גם די סטנדרטיים. זה אומר שתרכובות פחמן אלה עשויות להיווצר באופן טבעי במקומות כמו בחלל, שבו יש הרבה מתנול וקרינת UV. ותהליכים נוספים של תרכובות פחמן שנוצרו בחלל בתהליך הזה יכולים להוביל למולקולות ביולוגיות שמרכיבות את החיים.”

ממתנול להידרוקסימתיולן

האיור הזה מתאר את המבנה הכימי של מתנול מתפרק להידרוקסימתיולן (HCOH), מולקולה בסיסית וחיונית לאבני הבניין של החיים.

ממצאים אלה מסבירים את המכניזם מאחורי היווצרות וריאקציה של תרכובות פחמן על כדור הארץ, מה שמוביל להבנה טובה יותר של הפוטנציאל של המולקולה ליצור סוכרים הנחוצים לחיים.

“יש מחקר שהראה כי HCOH יכול להגיב כדי ליצור סוכרים פשוטים, כולל כמה שכבר זוהו בחלל,” אמרה מחברת המאמר הראשית, אמילי הוקי. “אנחנו חושבים שזה אפשרי שתרכובת הפחמן הזו, מתוך כך שהיא מגיעה ממולקולה כל-כך שכיחה בחלל וניתנת לזיהוי בכל מקום, הוא החלק החסר שמגשר על הפערים בידע שלנו על איך מתנול וסוכרים פשוטים יכולים להוביל למולקולות ביולוגיות גדולות ומתקדמות יותר.”

ממצאים מפתיעים על תגובתיות מולקולות פחמן

בגלל תגובתיותם הגבוהה, למולקולות פחמן בדרך כלל יש אורך חיים קצר מאוד. תכונות אלה מקשות בדרך כלל על המדענים לייצר ולצפות בהם, מה שמקשה על הבנת המולקולה. עם זאת, השיטה החדשה של צוות UMD להפקת תרכובות הפחמן אפשרה להם לחקור את המולקולות מקרוב מספיק כדי לראות את היווצרותן והתפרקותן על פני טווחי זמן של מילישניות. החוקרים הופתעו לגלות כי HCOH הגיב יחסית לאט עם חמצן בטמפרטורת חדר.

“כשהסתכלנו על התגובתיות של HCOH במערכת בטמפרטורת חדר, ראינו שהוא התפרק בתוך 15 מילישניות,” הסבירה הוקי. “מה שמעניין הוא שכיוון שתרכובות פחמן אלה נחשבות למולקולות לא יציבות ומגיבות מהר, היינו מצפים שיגיבו עם חמצן מהר אבל זה לא מה שקרה. על אף שתרכובות הפחמן התפרקו מהר יותר כשהן נחשפו לחמצן, זה היה מספיק לאט שאנו עדיין הצלחנו לצפות בכך.”

כיווני מחקר עתידיים והשלכות

החוקרים מאמינים ששיטתם לייצור וללימוד תרכובות פחמן תעזור לאסטרונומים ולכימאים קוסמיים להשיג תובנות חדשות על המקורות של החיים ואיך החיים בחלל עשויים היו להתפתח בצורה שונה מהחיים על כדור הארץ. הם מקווים להמשיך את כיוון המחקר ולהתבונן מקרוב על מה קורה במהלך הפירוק של מתנול ומדידת התוצרים השונים המתקבלים מתגובתו של מתנול עם קרינת UV.

“אנחנו יודעים שתרכובות פחמן כמו HCOH נוצרות במהלך התהליך שלנו, אבל אנחנו רוצים לגלות כמה אחוזים ממנו מסתיימים כפורמלדהיד, מתילן או רדיקלים של היידרוקסים אחרים, לדוגמה,” הסבירה הוקי. “בהתחלה חשבנו שכל התוצרים יהיו רדיקלים. הניסויים שלנו מראים שהתהליך והתוצרים המתקבלים יותר מורכבים מהנחותינו המקוריות.”

ידיעת הסוגים ומספר התוצרים המתקבלים מהפירוק של מתנול באמצעות קרינת UV תספק לאסטרונומים ולכימאים קוסמיים תמונה מדויקת יותר על אובייקטים אסטרופיזיקליים ואיך הם התפתחו במשך מיליארדי שנים.

“אם הנתונים הקיימים על התוצרים של פירוק מתנול באור UV אינם נכונים, אז המודלים הנבנים על בסיסם גם יהיו שגויים—והבנתנו איך החיים התפתחו מהמולקולות הללו יכולה גם כן להיפגע,” אמרה דודסון. “אנו מקווים במחקרנו להניח את היסודות עבור סוגים כאלה של מודלים.”

עוד בנושא באתר הידען:

• כאשר ננסים אדומים תוקפים: קרינת UV באנרגיה גבוהה מפליטות כוכבים יכולה לאיים על חיים 
• ‫