Kvantkemisk Astrobiologi: Liv på Venus?

Projektförslag för kandidatarbete inom inst. Kemi och kemiteknik och Biologi och bioteknik

Projektexamenskod: KBTX10-21-02

Avdelningen för Kemi och biokemi
Institutionen för Kemi och kemiteknik, Chalmers tekniska högskola 
 
Bakgrund 
En av de mest fundamentala vetenskapliga frågeställningarna är hur uppkommer liv. Frågan är mycket interdisciplinär, men även i grund och botten kemisk: Hur kan relativt enkla molekyler reagera med varandra och bygga ett grundläggande maskineri som kan utvecklas vidare? Och i vilka miljöer är detta möjligt? Molekylerna som utgör möjliga byggstenar till sådana processer är många, och deras reaktionsprodukter är än fler. För att undersöka reaktionsmöjligheterna behöver vi i allt större utsträckning använda oss av datorsimuleringar för att beräkna hypotetiska materials egenskaper. Till vår hjälp har vi kvantmekaniken, vår mest exakta beskrivning av den atomära världen. Med hjälp av superdatorer kan vi idag beräkna hur tusentals elektroner och atomkärnor interagerar med varandra. Beräkningarnas exakthet är ofta jämförbara, eller av högre säkerhet, än vi kan mäta experimentellt. I en tid av ständigt ökande beräkningsresurser ökar även våra möjligheter. Se www.rahmlab.com för information om forskargruppen.
 
Problembeskrivning 
Fosfin är en biosignatur - en instabil molekyl som tillverkas av biologiska processer - och som i år har upptäckts i stora mängder i Venus atmosfär. Kan det finnas liv på Venus? Detta är en möjlighet som nu tas på största allvar (av fler anledningar än bara fosfin). Ytan på Venus är allt för ogästvänlig men en hypotes som nu undersöks är om någon form av liv skulle kunna överleva i Venus moln, där trycket och temperaturen är nära de på jorden. En kemisk utmaning är att molnen i stor del består av svavelsyra, som snabbt bryter ner vanliga biomolekyler.
Målet med detta projekt är att med hjälp av kvantkemiska beräkningar utvärdera stabiliteten av en serie hypotetiska syra-resistenta polymerer. Om dessa polymerer visar sig stabila nog, och kan bildas på ett rimligt sätt, skulle de kunna ha funktioner i Venus moln liknande de biopolymerer har på jorden. Som ett första steg kommer vi i det här projektet beräkna bindningsstyrkor i en serie modellsystem, mindre oligomerer. Detta projekt kommer hjälpa forskning som syftar i samma riktning och förhoppningsvis leda till resultat som kan inkluderas i en vetenskaplig publikation.
 
Genomförande /Viktiga moment/teknikinnehåll  
1. Litteratur och databasstudier samt diskussion om vilka typer av system som kan/bör undersökas
2. Introduktion till programmen ORCA och Gaussian samt nödvändiga skript. Kvantkemiska beräkningar kommer ske i Linuxmiljö på Chalmers superdatakluster C3SE. 
3. Beräkning av alternativa biopolymer som skulle kunna vara stabila i Venus moln.
 
Speciella förkunskapskrav: Rekommendation, Oorganisk/organisk kemi, teoretisk kemi (minst två i gruppen behöver vara Kf studenter)
Möjlig målgrupp: Kf, K, Bt, F
Gruppstorlek: 4-6 studenter 
Förslagsställare/kontaktperson/huvudhandledare: Martin Rahm
Ev. förslag på examinator: Nikola Markovic

Sidansvarig Publicerad: må 02 nov 2020.