Швейцарские ученые разработали новый метод наблюдения за химическими реакциями, протекающими в жидкостях, с высоким временным разрешением. С помощью этого метода они показали ранние этапы химических процессов, которые могли происходить с мочевиной и привели к образованию ДНК и РНК. Исследование опубликовано в журнале Nature.
Мочевина — это одна из простейших молекул, которая состоит из углерода, азота и кислорода. Многие ученые считают, что мочевина сыграла большую роль в появлении жизни на Земле. Предположительно, мочевина точно присутствовала на «молодой» Земле. В пользу этого мнения говорит эксперимент американского ученого Стэнли Миллера, проведенный в 1950-х годах. В этом эксперименте химик использовал смесь газов, составлявших атмосферу тогдашней Земли, и пропустил через нее электрические разряды, имитируя удары молний. В результате эксперимента было синтезировано несколько молекул, и одна из них — мочевина. Согласно современным теориям, мочевины было много в первичном бульоне. Кроме того, вода на Земле была горячей и испарялась, поэтому повышалась концентрация мочевины. Возможно, что под действием ионизирующего излучения (космические лучи) в концентрированном растворе мочевины образовалась малоновая кислота, из которой впоследствии появились молекулы для синтеза РНК и ДНК.
Ранее швейцарские ученые использовали рентгеновскую спектроскопию для анализа процессов, протекающих с мочевиной в газовом состоянии. Теперь они исследовали те же процессы в жидкостях. Для этого ученые разработали специальный аппарат, который может подавать струю жидкости диаметром меньше одного микрометра в вакууме. Это было очень важно, так как, если струя была бы шире, она бы стала поглощать рентгеновские лучи, используемые для измерений. С помощью этого аппарата ученые подробно проанализировали первый этап в долгой цепочке химических реакций, чтобы понять, что происходит в концентрированном растворе мочевины под действием ионизирующего излучения. Важно понимать, что в концентрированном растворе молекулы мочевины группируются по две, образуя димеры. Под действием ионизирующего излучения один атом водорода отрывается от одной из молекул мочевины и переносится к другой. В результате в димере образуется протонированная мочевина и радикал мочевины. Последний обладает огромной реакционной способностью и может активно взаимодействовать с другими молекулами с образованием, например, малоновой кислоты.
Ученые также выяснили, что этот перенос атома водорода занимает всего около 150 фемтосекунд («фемто» — это 10-15). Эта реакция опережает все другие процессы, которые могут теоретически произойти в растворе, что и объясняет образование мочевины (а не других соединений).
В будущем исследователи хотят проанализировать другие этапы цепочки химических реакций, приводящие к образованию малоновой кислоты. Также ученые считают, что новый метод может применяться для анализа точной последовательности событий в химических процессах, протекающих в жидкостях. К числу таких процессов относятся биохимические реакции в организме, а также множество промышленно важных реакций.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
