Araştırmacılar, sıvılardaki kimyasal reaksiyonları gözlemlemek için yeni bir yöntem geliştirdiler ve bu yöntem, Dünya’da yaşamın ortaya çıkmasına katkıda bulunmuş olabilecek üre gibi molekülleri içeren reaksiyonlara ışık tuttu. Teknik, ince bir sıvı jeti ve X-ışını spektroskopisi üreten özel bir aparat içerir ve bilim adamlarının yalnızca femtosaniyeler içinde gerçekleşen reaksiyonları incelemesine olanak tanır.
ETH Zürih ve Cenevre Üniversitesi’nden bilim adamları, bir Sıvılarda meydana gelen kimyasal reaksiyonları son derece yüksek zamansal çözünürlükte gözlemlemelerine olanak tanıyan yeni bir teknik. Bu yenilik, moleküllerin nasıl değiştiğini yalnızca femtosaniyeler içinde, başka bir deyişle saniyenin katrilyonda biri kadar bir sürede izlemelerine olanak tanıyor.
Bu buluş, Profesör Hans Jakob Wörner liderliğindeki aynı ekibin daha önce yaptığı araştırmalara dayanıyor. ETH Zürih’te Fiziksel Kimya Bölümü. Bu çalışma, gaz ortamlarında meydana gelen reaksiyonlar için de benzer sonuçlar verdi.
X-ışını spektroskopisi gözlemlerini sıvılara genişletmek için araştırmacıların, çapı 1.000’den küçük bir sıvı jeti üretebilen bir aparat tasarlamaları gerekiyordu. vakumda bir mikrometre. Bu çok önemliydi çünkü jet daha geniş olsaydı ölçmek için kullanılan X ışınlarının bir kısmını emerdi.
Biyokimyada moleküler öncü
Araştırmacılar, yeni yöntemi kullanarak şunları başardılar: Dünya üzerinde yaşamın ortaya çıkmasına yol açan süreçlere dair içgörü kazanmak. Pek çok bilim adamı ürenin burada çok önemli bir rol oynadığını varsayıyor. Hem karbon hem de nitrojen içeren en basit moleküllerden biridir.
Dahası, ürenin Dünya çok gençken bile mevcut olması kuvvetle muhtemeldir; bu, 1950’lerde yapılan ünlü bir deney tarafından da öne sürülmüştür. : Amerikalı bilim adamı Stanley Miller, gezegenin ilkel atmosferini oluşturduğuna inanılan gazların bir karışımını hazırladı ve onu fırtına koşullarına maruz bıraktı. Bu, biri üre olan bir dizi molekül üretti.
Mevcut teorilere göre, üre, o zamanlar cansız olan Dünya’da, genellikle ilkel çorba olarak adlandırılan sıcak su birikintilerinde zenginleşmiş olabilir. Bu çorbadaki su buharlaştıkça üre konsantrasyonu arttı. Kozmik ışınlar gibi iyonlaştırıcı radyasyona maruz kalma yoluyla bu konsantre ürenin birden fazla sentez aşamasında malonik asit üretmesi mümkündür. Bu da RNA ve DNA’nın yapı taşlarını oluşturmuş olabilir.
Bu reaksiyonun tam olarak neden gerçekleştiği
ETH Zürih ve Cenevre Üniversitesi’nden araştırmacılar, yeni yöntemlerini kullanarak, Konsantre bir üre solüsyonunun iyonlaştırıcı radyasyona maruz kaldığında nasıl davrandığını öğrenmek için bu uzun kimyasal reaksiyon serisinin ilk adımı.
Konsantre bir üre solüsyonundaki üre moleküllerinin kendilerini çiftler halinde gruplandırdığını veya ne tür davranışlar sergilediğini bilmek önemlidir. dimerler olarak bilinir. Araştırmacıların artık gösterebildiği gibi, iyonlaştırıcı radyasyon, bu dimerlerin her birinde bulunan bir hidrojen atomunun bir üre molekülünden diğerine hareket etmesine neden olur. Bu, bir üre molekülünü protonlanmış bir üre molekülüne, diğerini ise bir üre radikaline dönüştürür. İkincisi kimyasal olarak oldukça reaktiftir; aslında o kadar reaktiftir ki diğer moleküllerle reaksiyona girerek malonik asit oluşturması da çok muhtemeldir.
Araştırmacılar ayrıca bir hidrojen atomunun bu transferinin aşırı derecede gerçekleştiğini göstermeyi başardılar. hızlı bir şekilde, yalnızca yaklaşık 150 femtosaniye veya saniyenin 150 katrilyonda biri kadar sürüyor. Wörner, “Bu o kadar hızlı ki, bu reaksiyon teorik olarak gerçekleşebilecek diğer tüm reaksiyonların önüne geçiyor” diyor. “Bu, konsantre üre çözümlerinin neden başka moleküller üretecek diğer reaksiyonlara ev sahipliği yapmak yerine üre radikalleri ürettiğini açıklıyor.”
Sıvılardaki reaksiyonlar son derece alakalıdır
Gelecekte Wörner ve meslektaşları, Malonik asit oluşumuna yol açan sonraki adımları inceleyin. Bunun Dünya’daki yaşamın kökenlerini anlamalarına yardımcı olacağını umuyorlar.
Yeni yöntemlerine gelince, bu yöntem genel olarak sıvılardaki kimyasal reaksiyonların kesin sırasını incelemek için de kullanılabilir. Wörner, “Sıvılarda çok sayıda önemli kimyasal reaksiyon meydana geliyor; yalnızca insan vücudundaki tüm biyokimyasal süreçler değil, aynı zamanda endüstriyle ilgili çok sayıda kimyasal sentez de yaşanıyor” diyor. “Bu nedenle yüksek zamansal çözünürlükte X-ışını spektroskopisinin kapsamını sıvılardaki reaksiyonları da kapsayacak şekilde genişletmemiz çok önemli.”
Referans: “X-ışını tarafından incelenen üre çözeltilerinde femtosaniye proton transferi Spektroskopi”, Zhong Yin, Yi-Ping Chang, Tadas Balčiūnas, Yashoj Shakya, Aleksa Djorović, Geoffrey Gaulier, Giuseppe Fazio, Robin Santra, Ludger Inhester, Jean-Pierre Wolf ve Hans Jakob Wörner, 28 Haziran 2023, Doğa.
DOI: 10.1038/s41586-023-06182-6
ETH Zürih ve Cenevre Üniversitesi’nden araştırmacılara, bu çalışmada Hamburg’daki Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY’den meslektaşları yardımcı oldu. ölçüm verilerini yorumlamak için gereken hesaplamaları gerçekleştirdi.