آیا متان فضایی می‌تواند منشاء آمینواسیدها باشد؟

تحول متان با تابش گاما به محصولات متنوع

گروهی از محققان در نشریه Angewandte Chemie گزارش داده‌اند که تابش گاما می‌تواند متان را در دمای اتاق به طیف وسیعی از محصولات تبدیل کند. این محصولات شامل هیدروکربن‌ها، مولکول‌های حاوی اکسیژن و آمینو اسیدها هستند. این نوع واکنش احتمالاً نقش مهمی در شکل‌گیری مولکول‌های آلی پیچیده در جهان ایفا می‌کند و ممکن است به منشأ زندگی نیز مربوط باشد. همچنین، این تحقیقات راهکارهای جدیدی برای تبدیل صنعتی متان به محصولات با ارزش افزوده بالا در شرایط ملایم ارائه می‌دهند.

با این نتایج تحقیقاتی، تیمی به رهبری وکسین هوانگ در دانشگاه علم و فناوری چین (هفی) به درک بنیادی ما از توسعه اولیه مولکول‌ها در جهان کمک کرده است. هوانگ می‌گوید: “پرتوهای گاما که فوتون‌های پرانرژی هستند و معمولاً در پرتوهای کیهانی و تجزیه ایزوتوپ‌های ناپایدار وجود دارند، انرژی خارجی را برای تحریک واکنش‌های شیمیایی مولکول‌های ساده در لایه‌های یخی گرد و غبار و دانه‌های یخ بین ستاره‌ای فراهم می‌کنند.” او ادامه می‌دهد: “این می‌تواند منجر به تولید مولکول‌های آلی پیچیده‌تری شود که احتمالاً از متان (CH4) شروع می‌شود و به طور گسترده‌ای در محیط بین ستاره‌ای وجود دارد.”

اگرچه فشارها و دماهای بالاتر بر روی زمین و سیارات در آنچه که به عنوان منطقه قابل سکونت شناخته می‌شود، حاکم است، بیشتر مطالعات فرآیندهای کیهانی تنها در شرایط خلاء و دماهای بسیار پایین شبیه‌سازی می‌شوند. در مقابل، تیم چینی واکنش‌های متان را در دمای اتاق در فازهای گازی و آبی تحت تابش یک منبع کبالتی-60 مورد بررسی قرار داد. ترکیب محصولات بسته به مواد اولیه متفاوت است؛ متان خالص با بازده بسیار پایین واکنش نشان می‌دهد و اتان، پروپان و هیدروژن تولید می‌کند.

افزایش تبدیل متان با افزودن اکسیژن

افزودن اکسیژن باعث افزایش تبدیل می‌شود که عمدتاً منجر به تولید دی‌اکسید کربن (CO2)، منواکسید کربن (CO)، اتیلن و آب می‌گردد. در حضور آب، متان با آب واکنش می‌دهد و استون و الکل تری‌بوتیلیک تولید می‌کند؛ همچنین در فاز گازی، متان به اتان و پروپان تبدیل می‌شود. زمانی که هم آب و هم اکسیژن اضافه می‌شوند، واکنش‌ها به شدت تسریع می‌شوند.

تولید محصولات مختلف در فاز آبی

در فاز آبی، فرمالدهید، اسید استیک و استون تشکیل می‌شوند. اگر آمونیاک نیز اضافه شود، اسید استیک به گلیسین تبدیل می‌شود که یک آمینو اسید است و در فضا نیز وجود دارد. هوانگ می‌گوید: “در زیر تابش گاما، گلیسین می‌تواند از متان، اکسیژن، آب و آمونیاک تولید شود؛ مولکول‌هایی که در مقادیر زیادی در فضا یافت می‌شوند.”

طرح واکنش و نقش رادیکال‌ها

تیم تحقیقاتی یک طرح واکنش توسعه داده است که مسیرهای تولید محصولات مختلف را توضیح می‌دهد. رادیکال‌های اکسیژن (∙O2−) و ∙OH نقش مهمی در این فرآیند دارند. نرخ این مکانیسم‌های واکنش رادیکالی به دما وابسته نیستند و بنابراین می‌توانند در فضا نیز اتفاق بیفتند.

تأثیر ذرات جامد بر انتخاب محصولات

علاوه بر این، تیم نشان داد که ذرات جامد مختلف که اجزای گرد و غبار بین ستاره‌ای هستند، از جمله سیلیس دی‌اکسید، اکسید آهن، سیلیکات منیزیم و اکسید گرافن، به شیوه‌های مختلف بر انتخاب محصولات تأثیر می‌گذارند. ترکیب متنوع گرد و غبار بین ستاره‌ای ممکن است به توزیع نامنظم مولکول‌ها در فضا کمک کرده باشد. سیلیس دی‌اکسید منجر به تبدیل انتخابی‌تر متان به اسید استیک می‌شود.

پتانسیل تابش گاما برای تبدیل متان

هوانگ می‌گوید: “چون تابش گاما یک منبع انرژی آسان، ایمن و پایدار است، این می‌تواند راهکاری جدید برای استفاده از متان به عنوان منبع کربن باشد که می‌تواند به طور کارآمد به محصولات با ارزش افزوده در شرایط ملایم تبدیل شود; این موضوع یک چالش دیرینه برای شیمی سنتزی صنعتی است.”