尿素在生命起源中的秘密角色
尿素在生命起源中的秘密角色
（化石网cnfossil.com）据cnBeta：苏黎世联邦理工学院（ETH）和日内瓦大学（University of Geneva）的科学家们开发出一种新技术，能够以极高的时间分辨率观察液体中发生的化学反应。这项创新使他们能够跟踪分子在短短几飞秒（换句话说，几万亿分之一秒）内的变化情况。
研究人员开发出一种观察液体中化学反应的新方法，揭示了涉及尿素等分子的反应，这些分子可能促成了地球生命的出现。这项技术涉及一种能产生细小液体射流的特殊仪器和 X 射线光谱学，使科学家们能够研究在短短飞秒内发生的反应。
这一突破是在苏黎世联邦理工学院物理化学教授汉斯-雅各布-沃纳（Hans Jakob Wörner）领导的同一研究小组先前研究的基础上取得的。这项工作针对在气体环境中发生的反应得出了类似的结果。
为了将 X 射线光谱观测扩展到液体，研究人员必须设计一种仪器，能够在真空中产生直径小于一微米的液体射流。这一点至关重要，因为如果射流再宽一些，就会吸收部分用于测量的 X 射线。
利用这种新方法，研究人员得以深入了解地球上生命出现的过程。许多科学家认为，尿素在其中发挥了关键作用。尿素是含有碳和氮的最简单分子之一。
更重要的是，尿素极有可能在地球非常年轻的时候就已经存在，20 世纪 50 年代的一项著名实验也表明了这一点： 美国科学家斯坦利-米勒（Stanley Miller）调制了一种据信构成地球原始大气层的气体混合物，并将其暴露在雷暴条件下。这产生了一系列分子，其中之一就是尿素。
根据目前的理论，尿素可能已经富集在当时没有生命的地球上的温暖水坑中--通常称为原始汤。随着汤中水分的蒸发，尿素的浓度也随之增加。在宇宙射线等电离辐射的作用下，这些浓缩的尿素有可能经过多个合成步骤产生丙二酸。反过来，这可能产生了 RNA 和 DNA 的组成元素。
苏黎世联邦理工学院和日内瓦大学的研究人员利用他们的新方法，研究了这一长串化学反应的第一步，以找出浓缩尿素溶液在电离辐射下的表现。
要知道，浓尿素溶液中的尿素分子会自行成对，即所谓的二聚体。研究人员现在已经能够证明，电离辐射会导致每个二聚体中的一个氢原子从一个尿素分子移动到另一个。这样，一个脲分子就变成了质子化的脲分子，而另一个脲分子则变成了脲自由基。后者具有很高的化学反应活性--事实上，它的反应活性非常高，很有可能与其他分子发生反应，从而形成丙二酸。
研究人员还设法证明，氢原子的这种转移发生得非常快，大约只需要 150 飞秒，即 150 四十亿分之一秒。Wörner说："这个反应速度如此之快，以至于理论上可能发生的所有其他反应都会被这个反应所取代。这就解释了为什么浓缩尿素溶液会产生尿素自由基，而不是承载会产生其他分子的其他反应。"
Wörner 和他的同事们希望研究导致丙二酸形成的下一个步骤，希望这将有助于他们了解地球生命的起源。
至于他们的新方法，一般也可用于研究液体中化学反应的精确顺序。"一系列重要的化学反应都发生在液体中，不仅包括人体中的所有生化过程，还包括与工业相关的大量化学合成，"沃纳说。"这就是为什么我们现在扩大了高时间分辨率 X 射线光谱的范围，将液体中的反应也包括在内，这一点非常重要"。
