Карбамидът може да е изиграл важна роля за възникването на живота на Земята

Възникването на живота на Земята е голяма научна загадка. Водещата хипотеза предполага, че органичните молекули, като аминокиселините са се образували в първична среда, често наричана първичен бульон или първична супа. Тези прости органични молекули са претърпели химични реакции, довели до образуването на градивните елементи на живота.

Образуването на тези градивни елементи (белтъци, нуклеинови киселини) вероятно е зависело от много фактори, включително йонизиращата радиация (космическите лъчи), които представляват високоенергийни частици като протоните.

Сега група изследователи от ETH Цюрих и Женевския университет са провели експерименти, които ги карат да смятат, че карбамидът може да е ключът към появата на живота на Земята.

Екипът, ръководен от Ханс Якоб Вьорнер от ETH Цюрих се основава на предишната си работа, за да разработи нов метод за наблюдение на химичните реакции в течности с висока времева разделителна способност. Този метод позволява наблюдение на молекулярни промени в рамките на няколко фемтосекунди или една квадрилионна част от секундата.

Карбамидът и появата на живота

Карбамидът е една от най-простите молекули, съдържащи азот и въглерод. Това е довело до предположението на много учени, че той е изиграл ключова роля при появата на живота на Земята.

Това предположение датира от 50-те години на миналия век, когато американският химик Стенли Милър провежда експеримент, доказващ, че карбамидът е присъствал на Земята, когато планетата е била много млада.

Милър подготвил смес от газовете, за които се предполага, че са съставлявали първичната атмосфера на планетата и я подложил на условия на гръмотевична буря. В резултат на това се образува поредица от молекули, една от които е карбамид.

Съвременните теории предполагат, че карбамидът може да се е обогатил в топлата първична супа. След това при излагането ѝ на йонизиращо лъчение в атмосферата се е получила малонова киселина, която може да е послужила като градивен елемент за ДНК и РНК.

Проверка на теорията

Новият метод, разработен от изследователския екип включва използване на рентгенова спектроскопия за наблюдение на химични реакции в течности с висока времева разделителна способност. Въз основа на предишната си работа екипът е трябвало да преодолее предизвикателството рентгеновите лъчи да бъдат погълнати от течността.

Те преодоляват това предизвикателство, като разработват апарат, способен да произвежда течна струя с диаметър, по-малък от един микрометър във вакуум. С помощта на този уред изследователите успели да проучат химичните реакции, които настъпват, когато концентриран карбамид е изложен на йонизиращо лъчение.

Те могат прецизно да измерват и анализират промените, които се случват на атомно и молекулярно ниво в реално време.

Когато молекулите на карбамида се намират в концентриран разтвор, те са склонни да се групират по двойки, наречени димери. Екипът установил, че водородният атом в димерите на карбамидът се прехвърля между двете молекули, в резултат на което се получава протонирана молекула на карбамид и радикал на карбамид.

Карбамидният радикал е силно реактивен и може да реагира с други молекули, като потенциално образува малонова киселина. Прехвърлянето на водородния атом е бързо, като се осъществява в рамките на около 150 фемтосекунди.

„Случва се толкова бързо, че тази реакция изпреварва всички други реакции, които теоретично също биха могли да се осъществят. Това обяснява защо концентрираните разтвори на карбамид произвеждат карбамидни радикали, вместо да провеждат други реакции, при които биха се образували други молекули.“

казва Вьорнер в съобщение за пресата

Екипът планира да изследва последващите стъпки, водещи до образуването на малоновата киселина, за да подобри разбирането ни за произхода на живота на Земята.

Резултатите от тяхното изследване са публикувани в списание Nature Communications.