Исследователи использовали инновационную рентгеновскую спектроскопию, чтобы понять, как ионизированные молекулы мочевины могли способствовать зарождению жизни на Земле, прокладывая путь для прорывов в области аттохимии. Выше показано изображение фотоионизационного переноса протона между двумя молекулами мочевины в водном растворе мочевины. Источник: Лудгер Инхестер
Новая технология предоставила необычные ответы на давнюю загадку: как зародилась жизнь на Земле?
До возникновения жизни на нашей планете, в том, что исследователи называют добиотической стадией, атмосфера была менее плотной. Это означало, что высокоэнергетическое излучение из космоса было вездесущим и ионизировало молекулы. Некоторые предполагают, что небольшие водные лужи, содержащие мочевину - органическое соединение, необходимое для образования нуклеиновых оснований - подвергались воздействию этого интенсивного излучения, в результате чего мочевина превращалась в продукты реакции. Они послужили строительными блоками жизни: ДНК и РНК.
Но чтобы узнать больше об этом процессе, ученым нужно было глубже погрузиться в механизм ионизации и реакции мочевины, а также в пути реакции и рассеяние энергии.
Международная исследовательская группа, в которую вошли соавтор Чжун Инь, в настоящее время работающий в должности доцента в Международном центре инноваций синхротронного излучения Университета Тохоку SRIS, а также коллеги из Женевского университета (UNIGE) и Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETHZ), и Гамбургского университета, смогли раскрыть больше благодаря инновационному подходу рентгеновской спектроскопии.
Эта технология, в основе которой лежит источник света высокой гармоники и субмикронная плоская струйка жидкости, позволила исследователям изучать химические реакции, протекающие в жидкостях, с непревзойденной временной точностью. Что важно, прорывной подход позволил ученым исследовать сложные изменения в молекулах мочевины на фемтосекундном уровне, что составляет квадриллионную долю секунды.
«Мы впервые показали, как реагируют молекулы мочевины после ионизации», - говорит Инь. «Ионизирующее излучение повреждает биомолекулы мочевины. Но, рассеивая энергию излучения, мочевины проходят динамический процесс, который происходит на фемтосекундном временном масштабе».
В предыдущих исследованиях, изучавших реакции молекул, ограничивались газовой фазой. Чтобы распространить это на водную среду, которая является естественной средой для биохимических процессов, группе пришлось создать устройство, способное генерировать сверхтонкую жидкую струйку толщиной менее одной миллионной метра в вакууме. Более толстая струйка препятствовала бы измерениям, поглощая часть используемых рентгеновских лучей.
Инь, который выступал в качестве ведущего экспериментатора, считает, что их прорыв не только отвечает на вопрос о том, как образовалась жизнь на Земле. Он также открывает новый путь в новой научной области аттохимии. «Более короткие световые импульсы необходимы для понимания химических реакций в реальном времени и для расширения границ аттохимии. Наш подход позволяет ученым наблюдать молекулярный фильм, следя за каждым шагом процесса».
DOI: 10.1038/s41586-023-06182-6
🧬Интересное в науке. Телеграм🧬
#происхождениежизни #мочевина #аттосекунда #фемтохимия #спектроскопия #астробиология #биохимия #рентген