Nie byłoby życia bez pirenu? Po raz pierwszy znaleziono złożoną formę węgla poza Układem Słonecznym
Zespół naukowców z MIT wykrył w odległym obłoku molekularnym ogromne ilości pirenu. To złożony związek chemiczny zawierający węgiel. Może być formą pośrednią między prostymi cząsteczkami węgla a jego złożonymi odmianami, z których składa się biologiczne życie.
Życie na Ziemi nie byłoby możliwe bez chemii organicznej – czyli związków opartych na węglu. Ten pierwiastek obecnie kojarzy nam się głównie z kopalinami, których spalanie powoduje kryzys klimatyczny. Jednak węgiel to również podstawowy budulec wszystkich organizmów żywych. W przypadku ludzi stanowi ok. 18 proc. masy ciała.
Węgiel jest chemicznym szkieletem, na którym opierają się najważniejsze związki organiczne. Wchodzi w skład białek, cukrów, tłuszczy, RNA i DNA. To dzięki niemu mogą powstawać długie łańcuchy białek i skręcone cząsteczki kwasu dezoksyrybonukleinowego. Węgiel wyjątkowo dobrze sprawdza się w roli „spoiwa” skomplikowanych związków z powodu swoich wyjątkowych właściwości chemicznych, uwarunkowanych budową jego atomu.
Najważniejszą cechą atomu węgla są cztery elektrony na ostatniej, zewnętrznej powłoce. Pozwalają one węglowi tworzyć cztery wiązania kowalencyjne aż z czterema innymi atomami. W rezultacie węgiel może np. przyłączyć cztery atomy wodoru i utworzyć metan (CH4). A także stanowić składnik milionów innych, nieraz niezwykle skomplikowanych związków.
Węgiel w kosmosie
Metan został tu przywołany nieprzypadkowo. We Wszechświecie węgiel najczęściej występuje w postaci prostych związków, takich właśnie jak metan albo tlenek węgla (CO). Te cząsteczki są powszechne w przestrzeni międzygwiazdowej i w atmosferach gwiazd. Obie są stabilne, a także składają się z łatwo dostępnych składników. Cztery najpowszechniejsze pierwiastki w kosmosie to wodór, hel, tlen i właśnie węgiel.
Jednak różnica między prostymi formami węgla a jego formami złożonymi, tworzącymi życie biologiczne, jest olbrzymia. I na razie naukowcy nie są do końca pewni, jak jedne zamieniają się w drugie. Wiadomo, że planetoidy – takie jak np. Ryugu – zawierają złożone związki węgla i że właśnie dzięki planetoidom mogły one dostać się na Ziemię. Jednak ich pochodzenie pozostaje niewiadomą.
Kosmiczna kuźnia złożonych związków węgla
Brett McGuire z MIT wraz z zespołem poszukiwał złożonych związków węgla w Obłoku Molekularnym w Byku. Ten „gwiezdny żłobek” – region, gdzie powstają nowe gwiazdy – oddalony jest od nas o 430 lat świetlnych. Jest jedną z najbliższych nam tego typu struktur w kosmosie.
Naukowcy użyli znajdującego się z Zachodniej Wirginii obserwatorium astronomicznego Green Bank Observatory. Z jego pomocą szukali w Byku radiowych sygnatur pirenu. Piren (C16H10) to organiczny związek chemiczny, formalnie zaliczany do grupy tzw. wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych. Na Ziemi ma wiele zastosowań komercyjnych (np. jako składnik pigmentów i pestycydów), jednak należy na niego uważać, ponieważ jest rakotwórczy. Badacze kosmosu wypatrują go z kolei, ponieważ uznają, że należy do grupy związków pośrednich między prostymi formami węgla a formami złożonymi.
W poszukiwaniu pirenu
Czysty piren nie jest łatwo wykryć za pomocą fal radiowych. McGuire i jego zespół poszukiwali więc cyjanopirenu, czyli pirenu z przyłączoną cząsteczką cyjanku. I ten związek udało im się wykryć. Co ciekawe, obłok, w którym badacze zaobserwowali cyjanopiren, jest niezwykle zimny: ma tylko około 10 stopni powyżej zera absolutnego (minus 263°C). Jak powiedział „New Scientistowi” naukowiec, oznacza to, że udało się zaobserwować te związki węgla istniejące na etapie znacznie wcześniejszym niż powstanie gwiazdy czy układu planetarnego.
Co to oznacza? Przyjmując, że sygnał radiowy zaobserwowany w Obłoku Molekularnym w Byku jest reprezentatywny dla innych obszarów kosmosu, można wnioskować, że cyjanopiren występuje w kosmosie powszechnie. I prawdopodobnie jednym z największych chemicznych rezerwuarów złożonego węgla we Wszechświecie, uważa McGuire.
Co naturalnie prowadzi do kolejnego pytania: w jaki sposób w kosmosie utworzyło się tak dużo cząsteczek pirenu? Odpowiedź na nie wymaga dalszych badań.
Źródło: New Scientist, Science, MIT.
Nasza autorka
Magdalena Salik
Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Autorka powieści z gatunku fantastyki naukowej, ostatnio wydała „Płomień” i „Wściek”. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com