Cyanide không chỉ là phương sách cuối cùng cho các điệp viên bị bắt của phim Hollywood. Nó cũng là một thành phần quan trọng của hóa học đầu đời. Và bây giờ, nghiên cứu mới phát hiện ra rằng xyanua có thể đã bay đến Trái đất trên các thiên thạch.
Các mẫu của một nhóm thiên thạch nguyên thủy cụ thể - bao gồm một thiên thạch lớn rơi gần Murchison, Australia, năm 1969 - tất cả đều chứa xyanua, liên kết trong một cấu hình ổn định với sắt và carbon monoxide. Michael Callahan, đồng tác giả của nghiên cứu, cho biết, các loại cấu trúc tương tự này được tìm thấy trong các enzyme gọi là hydroase ở vi khuẩn và vi khuẩn cổ hiện đại, có thể gợi ý rằng sự sống sớm được mượn từ thiên thạch hoặc địa chất của Trái đất sơ khai đã hình thành cùng loại hợp chất xyanua. nhà hóa học Boise State University.
"Khi bạn nghiên cứu những thiên thạch nguyên thủy này, giống như bạn đang nhảy vào cỗ máy thời gian và bạn có thể quay lại và nghiên cứu những vật liệu cổ xưa này", Callahan nói với Live Science. "Và sau đó bạn tìm thấy những kết nối này với cuộc sống và sinh học cổ đại."
Tìm kiếm xyanua
Callahan và các đồng nghiệp đã bắt đầu tìm kiếm xyanua trong đá vũ trụ sau khi xuất bản một bài báo năm 2011, trong đó họ đã phát hiện ra các nucleobase trong thiên thạch. Nucleobase, như guanine hoặc adenine, là một trong những khối xây dựng của DNA. Hóa học của các nucleobase và các tiểu hành tinh mẹ của chúng trông như thể nó phụ thuộc vào xyanua như một chất phản ứng, Callahan nói. Nhưng anh không tin rằng họ có thể tìm thấy bất kỳ chất xyanua nào trên thiên thạch, ngay cả khi nó đã từng tồn tại. Cyanide cực kỳ phản ứng, Callahan nói, vì vậy ông hy vọng rằng nó sẽ được sử dụng hết và biến đổi từ lâu trước khi nó hạ cánh xuống Trái đất.
Nhưng đồng tác giả nghiên cứu Karen Smith, cũng là một nhà hóa học phân tích của bang Boise, có một nền tảng về phân tích xyanua, vì vậy các nhà nghiên cứu đã thu thập và thử nghiệm các mẫu thiên thạch, hầu hết đã được phát hiện ở Nam Cực. Năm trong số các thiên thạch là một loại chondrite carbonat đặc biệt gọi là CM chondrites, có chứa nucleobase cũng như các khối sinh học xây dựng khác, chẳng hạn như axit amin. Một trong những chondrites CM đó là thiên thạch Murchison, đã hạ cánh ở Úc vào năm 1969, người dân địa phương tuyệt đẹp với một quả cầu lửa lớn.
Để tìm và chiết xuất xyanua, các nhà nghiên cứu đã mượn các kỹ thuật thường được sử dụng để tìm chất độc hại trong nước thải còn sót lại từ các quy trình công nghiệp, Callahan nói. Họ đã sử dụng axit để chiết xuất các hợp chất từ thiên thạch và sau đó đưa nó vào pin phân tích, bao gồm quang phổ khối và sắc ký lỏng, cả hai đều cho phép chúng xác định các thành phần cấu thành của vật liệu chiết xuất.
Cyanide bất ngờ
Trước sự ngạc nhiên của họ, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy xyanua. Mỗi chiếc chondrites CM đều chứa hóa chất, trong khi không có loại thiên thạch nào khác làm được. (Các nhà nghiên cứu thậm chí đã thử nghiệm một thiên thạch nổi tiếng trên sao Hỏa từng được cho là có bằng chứng về sự sống ngoài hành tinh - không có chất độc xyanua ở đó.)
Xyanua dường như đã tồn tại hàng tỷ năm trong không gian và một chuyến đi rực lửa để nghỉ ngơi ở Nam Cực băng giá vì nó được gắn kết trong một cấu hình ổn định với carbon monoxide và sắt. "Đây là hóa học vô cơ thực sự cổ điển," Callahan nói.
Tuy nhiên, nó ổn định, xyanua cũng có thể được giải phóng khỏi thiên thạch, Callahan nói thêm, và điều đó khiến nó trở thành một người chơi hấp dẫn có thể có trong nguồn gốc của sự sống. Một sự kết hợp giữa nước và tia cực tím có thể đã giải phóng xyanua từ các thiên thạch trên Trái đất sơ khai, khi việc bắn phá bằng đá không gian là phổ biến. Theo cách đó, các thiên thạch có thể đã tăng cường xyanua có sẵn cho các phản ứng hóa học, cuối cùng, dẫn đến các tế bào sống, Callahan nói.
Ngoài ra, xyanua sớm của Trái đất có thể được trồng tại nhà, Callahan nói. Nhưng nếu vậy, nó có thể đã hình thành theo những cách rất giống như trên thiên thạch. Các thiên thạch được tạo ra từ cùng một bụi không gian và băng tạo thành các hành tinh, nhưng chúng không bị thay đổi bởi các quá trình địa hóa.
Một điều ngạc nhiên thú vị khác, Callahan nói, là sự tương đồng kỳ lạ giữa các bó carbon monoxide, sắt và xyanua của thiên thạch và các bộ phận của enzyme của một số nhóm sống, vi khuẩn cổ và vi khuẩn lâu đời nhất. Tất cả các vi khuẩn và vi khuẩn cổ đều có các enzyme gọi là hydroase, Callahan nói, và vị trí hoạt động của các enzyme đó, nơi liên kết xảy ra, giống như các cấu trúc xyanua nhìn thấy trong các thiên thạch.
"Có thể đây là tiền thân của các trang web đang hoạt động này", Callahan nói.
Điều đó chưa được chứng minh, Callahan nói, nhưng nhóm nghiên cứu có kế hoạch nghiên cứu sâu hơn về hóa học thiên thạch. Một hướng đi trong tương lai có thể đến với nhiệm vụ OSIRIS-Rex của NASA, sẽ thu thập một mẫu từ tiểu hành tinh Bennu và đưa nó đến Trái đất vào năm 2023. Bennu có thể là một chondrite CM, Callahan nói, sẽ cung cấp một cơ hội thú vị để nghiên cứu một mẫu nguyên sơ của một cơ thể cha mẹ tiểu hành tinh.
Callahan và các đồng nghiệp đã báo cáo công việc của họ vào ngày 25 tháng 6 trên tạp chí truy cập mở Nature Communications.
