A fizikusok nyomon követik a biokémiai reakciókat Darwin „meleg kis tavaiban” – Fizikai világ

Amikor négymilliárd évvel ezelőtt az élet először megjelent a Földön, a 19. századi természettudós Charles Darwin által „meleg kis tavaknak” nevezett vulkáni fűtött medencékben kezdődhetett, amelyek kezdetben élettelen szerves molekulák levest tartalmaznak. Svájcban és Németországban végzett kutatók nemrégiben készült tanulmányukban további megvilágításba helyezték ezt a témát azzal, hogy megvizsgálták, hogyan reagál az egyik ilyen molekula, a karbamid az ionizáló sugárzás impulzusaira. Munkájuk eredménye, amely ultragyors röntgenabszorpciós spektroszkópiával követte a kémiai reakciókat valós időben, elősegítheti az élet biokémiai eredetének megértését.

Ha a karbamidot ionizáló sugárzásnak teszik ki, malonsav képződik. Ez a sav ezután reagál a nem ionizált karbamiddal, és több nukleobázist képez, amelyek az RNS és a DNS alapvető összetevői. Ilyen folyamatok akkor is megtörténhettek, amikor a „meleg kis tavakat” kitették a Nap ultraibolya sugárzásának, és szerepet játszhattak a korai életformák megjelenésében.

Két impulzus

Kísérletükben a kutatók az élen Jean Pierre Wolf az University of Geneva és a Hans Jakob Wörner at ETH Zürich, Svájclézerimpulzust alkalmaztak egy erősen koncentrált karbamid oldatra, aminek következtében egyes karbamid molekulák elektronokat veszítenek és ionizálódnak. Közvetlenül ezután ultrarövid impulzusú lágy röntgensugárzást küldtek. Ez a második impulzus megmutatja, hogyan reagál a karbamid molekula az elektron elvesztésére.

A kutatók többször megismételték a kísérletet, változtatva az ionizáló lézerimpulzus és a lágy röntgenimpulzusok közötti időintervallumot. Ezt a technikát, amelyet időfelbontású röntgenabszorpciós spektroszkópiának (XAS) neveznek, rutinszerűen alkalmazzák az optikai rendszerben az anyagokon belüli specifikus részecskék tanulmányozására, de ez a munka kiterjeszti az elektromágneses spektrum röntgensugarai részére.

„Azt is szerettük volna, hogy a kísérleti körülményeket a lehető legközelebb a „valós világhoz” hozzuk létre, ezért a méréseinket folyadékfázisban kellett elvégeznünk” – magyarázza a tanulmány vezető szerzője. Zhong Yin, az ETH Zurich csapatának egykori tagja, aki most a Tohoku Egyetem Japánban. „Ehhez kifejlesztettünk egy mikron alatti vastagságú folyékony síklapot, amely a műtermékmentes XAS-hoz szükséges a rendszer nagyon rövid csillapítási hossza miatt.”

A kísérlet másik kulcsfontosságú eleme – teszi hozzá Yin –, hogy fényforrásuk ultrarövid impulzusokat képes leadni olyan széles energiatartományban, amely elég széles ahhoz, hogy lefedje a karbamidmolekulában lévő szén és nitrogén abszorpciós széleit. "Ez azt jelentette, hogy azonosítani tudtuk, hogy az abszorpciós jel kizárólag a karbamidból származik, mivel a folyékony vízben nincs szén és nitrogén" - mondja. Fizika Világa.

Femtoszekundumos skála felbontás

Ezzel a technikával a csapat néhány femtomásodperces léptékben rekonstruálta az események sorozatát (10^-15 s), ami azt jelenti, hogy a kutatók valós időben követhették a kémiai reakciókat, és megfigyelhetik a rendszer fejlődését. Ez azonban még új technikával és megfelelő eszközökkel sem volt egyszerű. „A spektrumok értelmezése különösen nagy kihívást jelentett, és részletes számítógépes szimulációkat igényelt, amelyeket itt, a DESY-nél sok éven át fejlesztettünk” – magyarázza Ludger Inhester, a hamburgi DESY CFEL elméleti fizikusa.

A világító protocsillag rávilágít a Föld vizének eredetére

A kutatók megfigyelték, hogy amikor egy karbamid molekula ionizálódik (azaz pozitívvá válik, amikor elveszít egy elektront), egy protont (hidrogén atommagot) egy közeli semleges, nem ionizált karbamid molekulához tol, hogy ezt elveszítse. pozitív töltés. "Ez a femtoszekundumos sebességű protonátvitel karbamid gyököt hoz létre pozitív töltésű karbamidionnal együtt" - mondja Inhester. „Mindkettő kémiailag reaktív, és több milliárd évvel ezelőtt RNS-molekulák – a korai élet alapvető építőkövei – kialakulásához vezethetett volna.”

Az új kísérlet az első, amely ilyen rendkívül gyors folyamatokat figyel meg egy molekulában vizes környezetben – teszi hozzá. Korábbi kísérleteket gázfázisban végeztek, de a vízben szuszpendált molekulák viselkedésének megfigyelése fontos, különösen a biológiai folyamatok megértésében.

A Hamburg-Genf-Zürich csapat tagjai most tovább szeretnék vizsgálni az ionizációs dinamika kezdeti lépését. "Egy ilyen kísérlethez még nagyobb időbeli felbontásra lesz szükség, és időbe telik a beállítás" - mondja Yin. "Biztos vagyok azonban abban, hogy valami új és izgalmas dologra fogunk figyelni, amikor ezt megtesszük."

Jelen tanulmányukat részletesen a Természet.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Autóipar / elektromos járművek, Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• BlockOffsets. A környezetvédelmi ellentételezési tulajdon korszerűsítése. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/physicists-track-biochemical-reactions-in-darwins-warm-little-ponds/