Một loại hóa chất gây chết người đối với con người có thể đã đóng vai trò trong những bước đầu tiên dẫn đến sự sống trên Trái Đất. Hydrogen cyanide (xianua hydro) có thể đóng băng thành các tinh thể rắn ở nhiệt độ thấp. Nghiên cứu mô phỏng bằng máy tính được công bố trên ACS Central Science cho thấy một số bề mặt tinh thể của chất này có hoạt tính hóa học rất cao, cho phép xảy ra những phản ứng vốn không thể diễn ra trong điều kiện lạnh giá như vậy. Các nhà khoa học cho rằng những phản ứng này có thể đã kích hoạt một chuỗi quá trình tạo ra nhiều “viên gạch” nền tảng của sự sống.

“Chúng ta có thể sẽ không bao giờ biết chính xác sự sống đã bắt đầu như thế nào, nhưng việc hiểu cách một số thành phần của nó hình thành là điều hoàn toàn có thể đạt được. Hydrogen cyanide rất có thể là một nguồn tạo ra sự phức tạp hóa học này, và chúng tôi cho thấy nó có thể phản ứng nhanh một cách đáng ngạc nhiên ở những nơi lạnh giá,” Martin Rahm, tác giả liên hệ của nghiên cứu, cho biết.

Ảnh: SciTechDaily.com

Hydrogen cyanide trong không gian và hóa học tiền sinh học

Hydrogen cyanide phổ biến trong các môi trường ngoài Trái Đất. Chất này đã được phát hiện trên các sao chổi cũng như trong khí quyển của các hành tinh và vệ tinh (ví dụ như Titan, mặt trăng của Sao Thổ). Khi tiếp xúc với nước, hydrogen cyanide có thể tạo ra các polyme, axit amin và nucleobase (lần lượt là thành phần của protein và chuỗi DNA).

Để hiểu rõ hơn cách phân tử này hoạt động trong điều kiện bị đóng băng, Marco Capelletti, Hilda Sandström và Martin Rahm đã sử dụng mô phỏng máy tính để nghiên cứu hydrogen cyanide ở trạng thái rắn.

Mô phỏng hình dạng tinh thể quan sát được trong tự nhiên

Trong các mô phỏng, nhóm nghiên cứu xây dựng mô hình một tinh thể hydrogen cyanide ổn định có dạng hình trụ, dài khoảng 450 nanomet. Cấu trúc này có phần đáy bo tròn và phần đỉnh gồm nhiều mặt phẳng, trông giống như một viên đá quý đã được cắt gọt. Theo các nhà nghiên cứu, hình học này phù hợp với những quan sát trước đây về các cấu trúc tinh thể được mô tả như “mạng nhện”, lan tỏa ra từ một điểm trung tâm nơi các đầu đa diện gặp nhau.

Hoạt tính hóa học bất ngờ trong giá lạnh khắc nghiệt

Các phép tính cho thấy những tinh thể bị đóng băng này có thể thúc đẩy các phản ứng hóa học hiếm khi xảy ra trong môi trường cực lạnh. Khi phân tích hóa học trên các bề mặt tinh thể, nhóm nghiên cứu đã xác định hai con đường phản ứng có thể chuyển hydrogen cyanide thành hydrogen isocyanide — một hợp chất có hoạt tính cao hơn.

Tùy thuộc vào nhiệt độ, quá trình chuyển đổi này có thể diễn ra trong vòng vài phút hoặc kéo dài vài ngày. Sự hiện diện của hydrogen isocyanide trên bề mặt tinh thể cho thấy những tiền chất tiền sinh học phức tạp hơn nữa có thể hình thành tại các khu vực này.

Những bước tiếp theo hướng tới kiểm chứng thực nghiệm

Các nhà nghiên cứu hy vọng những dự đoán của họ sẽ sớm được kiểm chứng bằng các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm. Một hướng tiếp cận khả thi là nghiền các tinh thể hydrogen cyanide trong sự hiện diện của những chất như nước. Việc làm lộ ra các bề mặt tinh thể mới có thể giúp xác định liệu những bề mặt này có thực sự thúc đẩy sự hình thành các phân tử phức tạp trong điều kiện nhiệt độ cực thấp hay không.