كان تيتان، أكبر أقمار زحل، محل اهتمام منذ فترة طويلة لأن تطوره يمكن أن يخبرنا المزيد عن كوكبنا والخطوات الكيميائية الأولى على طريق الحياة. إن بيئة تيتان الباردة وغلافه الجوي الكثيف، الغني بالنيتروجين والميثان، تشبه في كثير من النواحي الظروف التي يُعتقد أنها كانت موجودة على الأرض الفتية منذ مليارات السنين. ومن خلال دراسة تيتان، يأمل الباحثون في العثور على أدلة حول أصول الحياة.

وبفضل سلسلة من التجارب والمحاكاة الكيميائية، تم تحقيق تقدم كبير في هذا الاتجاه، وهو ما ذكره مؤلفوه، وهم فريق دولي من العلماء، في المجلة. بناس.

وقال الكيميائي مارتن رام من جامعة كاليفورنيا: “هذه نتائج مثيرة للغاية يمكن أن تساعدنا على فهم العمليات على نطاق جرم سماوي كامل – قمر بحجم كوكب عطارد”. جامعة تشالمرز التقنية، الذي قاد الدراسة.

اللبنات الأساسية للحياة في الظروف القاسية

اكتشف الباحثون أن سيانيد الهيدروجين، وهو جزيء قطبي للغاية، يمكن أن يشكل بلورات مع الميثان والإيثان غير القطبيين تمامًا. وهذا أكثر من مفاجئ، لأن هذه المواد عادة لا يمكن خلطها – مثل الماء والزيت.

“إن اكتشاف هذا التفاعل غير المتوقع يمكن أن يؤثر على فهمنا لجيولوجيا تيتان ومناظره الطبيعية الغريبة من البحيرات والبحار والكثبان الرملية. بالإضافة إلى ذلك، من المحتمل أن يلعب سيانيد الهيدروجين دورًا مهمًا في التركيب اللاأحيائي للعديد من العناصر الأساسية للحياة، مثل الأحماض الأمينية المستخدمة لبناء البروتينات وقواعد الأحماض النووية المطلوبة للشفرة الوراثية. وبالتالي، يوفر عملنا أيضًا نظرة ثاقبة للكيمياء التي سبقت ظهور الحياة وكيف قال رام: “يمكن أن يحدث في ظل ظروف قاسية وغير مواتية”.

التعاون مع وكالة ناسا

كانت فرضية الدراسة عبارة عن سؤال لم يتم الإجابة عليه حول تيتان: ماذا يحدث لسيانيد الهيدروجين بعد تكوينه في الغلاف الجوي للقمر الصناعي؟ هل يترسب في طبقة متعددة الأمتار على السطح أم أنه يتفاعل بطريقة ما مع البيئة؟ بحثًا عن إجابة، قام مختبر الدفع النفاث التابع لناسا في كاليفورنيا بخلط سيانيد الهيدروجين مع الميثان والإيثان عند درجة حرارة -180 درجة مئوية – ولم يصدقوا أعينهم: تم تشكيل محلول صلب. تحول المجربون المحيرون إلى مارتن رام.

“لقد أدى هذا إلى تعاون نظري وتجريبي مثير بين تشالمرز وناسا. لقد طرحنا على أنفسنا سؤالاً مجنونًا بعض الشيء: هل يمكن تفسير القياسات من خلال وجود بنية بلورية يتم فيها خلط الميثان أو الإيثان مع سيانيد الهيدروجين؟ وأوضح: “هذا يتعارض مع القاعدة الكيميائية المتمثلة في “المثل يذوب مثله”، والتي تنص بشكل أساسي على أنه من المستحيل الجمع بين هذه المواد القطبية وغير القطبية”.

توسيع حدود الكيمياء

أجرى تشالمرز عمليات محاكاة حاسوبية مكثفة لاختبار آلاف الطرق المختلفة التي يمكن من خلالها تنظيم الجزيئات في الحالة الصلبة. اتضح أن الألكانات تخترق الشبكة البلورية لسيانيد الهيدروجين وتشكل هياكل مستقرة – بلورات مشتركة.

قال رام: “يمكن أن يحدث هذا عند درجات حرارة منخفضة للغاية، على غرار الظروف على تيتان. لم تتنبأ حساباتنا فقط بأن الخلائط غير المتوقعة كانت مستقرة في ظل ظروف تيتان، ولكنها تنبأت أيضًا بأطياف الضوء التي تطابق قياسات ناسا جيدًا”.

يتحدى هذا الاكتشاف إحدى القواعد الأكثر شهرة في الكيمياء، لكن مارتن رام لا يعتقد أن الوقت قد حان لإعادة كتابة كتب الكيمياء المدرسية: “أرى هذا كمثال رائع لكيفية تحول الحدود في الكيمياء والقاعدة المقبولة عمومًا لا تعمل دائمًا.”

ستقوم طائرة هليكوبتر بفحص حسابات الكيميائيين اليعسوبومن المقرر استكشاف تيتان عام 2034. وفي هذه الأثناء، سيواصل مارتن رام دراسة كيمياء سيانيد الهيدروجين بالتعاون مع وكالة ناسا.

وخلص إلى القول: “يوجد سيانيد الهيدروجين في العديد من الأماكن في الكون، كما هو الحال في سحب الغبار الكبيرة، وفي أجواء الكواكب والمذنبات. قد تساعد نتائج دراستنا في فهم ما يحدث في البيئات الباردة الأخرى في الفضاء. وربما يمكننا معرفة ما إذا كانت الجزيئات الأخرى غير القطبية قادرة أيضًا على اختراق بلورات سيانيد الهيدروجين، وإذا كان الأمر كذلك، فما هي العواقب التي قد تترتب على ذلك على الكيمياء التي سبقت ظهور الحياة”.