طور باحثون في جامعة ميريلاند طريقة جديدة لإنتاج مركبات الكربون غير المستقرة، وتحديداً هيدروكسي ميثيلين، باستخدام الأشعة فوق البنفسجية لتكسير الميثانول. ولا يفسر هذا الاكتشاف تكوين مركبات الكربون على سطح الأرض فحسب، بل يشير أيضًا إلى احتمال ظهورها تلقائيًا في الفضاء، وقد يساهم في تكوين اللبنات الأساسية للحياة مثل السكريات.
لقد طور الكيميائيون طريقة لإنتاج مركبات كربون غير مستقرة من الميثانول، مما أدى إلى تحسين فهمنا لتكوين الجزيئات الضرورية للحياة.
طور فريق من الكيميائيين من جامعة ميريلاند طريقة جديدة لتكوين الكربينات، وهي مركبات الكربون التي تتفاعل بسرعة وغير مستقرة. وهي مركبات الكربون التي تشارك في العديد من التفاعلات الكيميائية عالية الطاقة، مثل تكوين الكربوهيدرات، وهي ضرورية لبنات بناء الحياة على الأرض، وربما في الفضاء أيضًا.
وفي دراستهم، التي نشرت في مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية، تمكن العلماء من إنشاء مركب كربون يسمى هيدروكسي ميثيلين (HCOH) عن طريق تحلل الميثانول، وهو مذيب عضوي شائع موجود في العديد من المواد الكيميائية الصناعية مثل الفورمالديهايد) باستخدام نبضات من الأشعة فوق البنفسجية. .
قالت ليا دودسون، محاضرة أولى في الكيمياء والكيمياء الحيوية بجامعة ميريلاند والمؤلفة الرئيسية للدراسة: "من المدهش أن نرى مركب الكربون هذا يأتي من جزيء عادي مثل الميثانول، فلدينا زجاجات رش منه في المختبرات في كل مكان". "إن أشعة الليزر فوق البنفسجية ذات الطول الموجي 193 نانومتر هي أيضًا قياسية تمامًا. وهذا يعني أن مركبات الكربون هذه قد تتشكل بشكل طبيعي في أماكن مثل الفضاء، حيث يوجد الكثير من الميثانول والأشعة فوق البنفسجية. والعمليات الإضافية لمركبات الكربون التي تتشكل في الفضاء في هذه العملية يمكن أن تؤدي إلى جزيئات بيولوجية تشكل الحياة."
من الميثانول إلى هيدروكسي ميثيلين
يصور هذا الشكل التركيب الكيميائي للميثانول وهو يتحلل إلى هيدروكسي ميثيلين (HCOH)، وهو جزيء أساسي وضروري لوحدات بناء الحياة.
تشرح هذه النتائج الآلية الكامنة وراء تكوين وتفاعل مركبات الكربون على الأرض، مما يؤدي إلى فهم أفضل لقدرة الجزيء على تكوين السكريات الضرورية للحياة.
وقالت إميلي هوكي، المؤلفة الرئيسية للدراسة: "هناك أبحاث أظهرت أن HCOH يمكن أن يتفاعل لتكوين سكريات بسيطة، بما في ذلك بعض التي تم تحديدها بالفعل في الفضاء". "نعتقد أنه من الممكن أن يكون مركب الكربون هذا، القادم من جزيء شائع جدًا في الفضاء ويمكن اكتشافه في كل مكان، هو القطعة المفقودة التي تسد الفجوات في معرفتنا حول كيف يمكن للميثانول والسكريات البسيطة أن تؤدي إلى جزيئات بيولوجية أكبر وأكثر تقدمًا."
نتائج مفاجئة حول تفاعل جزيئات الكربون
بسبب تفاعلها العالي، تتمتع جزيئات الكربون عمومًا بعمر قصير جدًا. هذه الخصائص عادة ما تجعل من الصعب على العلماء إنتاجها ومراقبتها، مما يجعل من الصعب فهم الجزيء. ومع ذلك، فإن الطريقة الجديدة لفريق UMD لاستخراج مركبات الكربون سمحت لهم بدراسة الجزيئات عن كثب بما يكفي لرؤية تكوينها واضمحلالها على مدى فترات زمنية بالمللي ثانية. تفاجأ الباحثون عندما وجدوا أن HCOH يتفاعل ببطء نسبيًا مع الأكسجين في درجة حرارة الغرفة.
وأوضح هوكي: "عندما نظرنا إلى تفاعل HCOH في النظام عند درجة حرارة الغرفة، رأينا أنه يتحلل خلال 15 مللي ثانية". "الأمر المثير للاهتمام هو أنه بما أن مركبات الكربون هذه تعتبر جزيئات غير مستقرة وتتفاعل بسرعة، فإننا نتوقع منها أن تتفاعل مع الأكسجين بسرعة، ولكن هذا ليس ما حدث. وعلى الرغم من أن مركبات الكربون تتحلل بشكل أسرع عند تعرضها للأكسجين، إلا أنها كانت بطيئة بدرجة كافية بحيث تمكنا من مراقبتها".
اتجاهات البحث المستقبلية وآثارها
ويعتقد الباحثون أن طريقتهم في إنتاج ودراسة مركبات الكربون ستساعد علماء الفلك والكيميائيين الكونيين على اكتساب رؤى جديدة حول أصول الحياة وكيف تطورت الحياة في الفضاء بشكل مختلف عن الحياة على الأرض. إنهم يأملون في مواصلة اتجاه البحث والنظر عن كثب إلى ما يحدث أثناء تحلل الميثانول وقياس المنتجات المختلفة التي تم الحصول عليها من تفاعل الميثانول مع الأشعة فوق البنفسجية.
وأوضح هوكي: "نحن نعلم أن مركبات الكربون مثل HCOH تتشكل أثناء عمليتنا، لكننا نريد معرفة النسبة المئوية منها التي تنتهي في شكل فورمالدهيد أو ميثيلين أو جذور الهيدروكسيل الأخرى، على سبيل المثال". "في البداية، اعتقدنا أن جميع المنتجات ستكون جذرية. تظهر تجاربنا أن العملية والمنتجات الناتجة أكثر تعقيدًا من افتراضاتنا الأصلية."
إن معرفة أنواع وعدد المنتجات التي يتم الحصول عليها من تحلل الميثانول باستخدام الأشعة فوق البنفسجية ستوفر لعلماء الفلك وعلماء الكيمياء الكونية صورة أكثر دقة عن الأجسام الفيزيائية الفلكية وكيف تطورت على مدى مليارات السنين.
قال دودسون: "إذا كانت البيانات الموجودة حول منتجات تحلل الميثانول تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية غير صحيحة، فإن النماذج المبنية عليها ستكون أيضًا غير صحيحة، كما يمكن أيضًا أن يتعرض فهمنا لكيفية تطور الحياة من هذه الجزيئات للخطر". "نأمل في بحثنا أن نضع الأسس لهذه الأنواع من النماذج."
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
