Jak powstało życie na Ziemi? Odpowiedź może dać... attochemia

Wiemy, że zanim doszło do pojawienia się życia na naszej planecie (okres ten nazywa się prebiotycznym), atmosfera na Ziemi była dużo mniej gęsta. A skoro jej gęstość był mniejsza niż dziś, wysokoenergetyczne cząsteczki trafiające na Ziemię z kosmosu były na jej powierzchni wszechobecne. To prowadziło do jonizowania innych cząstek. Według niektórych naukowców małe kałuże wody wystawione na intensywne promieniowanie mogły stać się laboratoriami gdzie powstały materiały budulcowe życia, czyli DNA i RNA.

Mogło się tak stać na skutek zawartości w kałużach mocznika. To związek organiczny, który jest niezbędny do tworzenia zasad nukleinowych. Intensywne promieniowanie mogło sprawić, że mocznik mógł przekształcić się w inne substancje, z których następnie mogły powstać kwasy DNA i RNA.

By jednak mieć pewność, że taki proces mógł zajść na pradawnej Ziemi naukowcy musieli dokładniej przyjrzeć się temu, jak działa mechanizm jonizacji i reakcji chemicznych z udziałem mocznika, a także temu, jak mogły przebiegać określone reakcje i rozpraszanie energii.

Posłużyła do tego spektroskopia rentgenowska w powiązaniu z dość nową dziedziną, jaką jest attochemia. Technologia ta wykorzystuje źródło światła o tzw. generacji wysokoharmonicznej oraz spłaszczony strumień cieczy o grubości poniżej jednego mikrona. Dzięki niej naukowcy mogą badać reakcje chemiczne zachodzące w cieczach z niezrównaną precyzją czasową. Co najważniejsze - to przełomowe podejście pozwala badaczom na prowadzenie bardzo precyzyjnych obserwacji.

O najnowszych badaniach i odkryciach naukowych piszemy także tutaj:

Zmiany, jakie zachodzą w cząsteczkach mocznika były dotychczas analizowane przez naukowców na poziomie femtosekund, czyli jednej kwadrylionowej części sekundy. Attochemia to dość nowy obszar nauki, pod który podwaliny położyli hiszpańscy i włoscy naukowcy w poprzedniej dekadzie. Dąży do kontrolowania ruchu elektronów w cząsteczkach za pomocą metodologii attosekundowej i może sprawić, że badania chemiczne wejdą w zupełnie nową fazę rozwoju.

Reakcje chemiczne są wynikiem tworzenia i zrywania wiązań. Podczas tego procesu atomy w cząsteczkach mogą układać się w nowe struktury, co prowadzi do powstania nowych substancji. Reaktywność, czyli zdolność do wchodzenia w reakcje, która jest istotą chemii, jest dynamicznym procesem, który bierze się z ruchu elektronów i jąder atomowych.

Trwają od około kilku femtosekund (jedna biliardowa część sekundy; biliard to milion razy miliard, czyli jedynka i 15 zer), typowych dla ruchów jąder, do kilku attosekund (jedna trylionowa część sekundy; trylion to jedynka i 18 zer), które charakteryzują ruchy elektronów.

W takim ujęciu cała chemia może być rozumiana jako femtochemia lub attochemia. Femtochemia to dziedzina, którą naukowcy zajmują się od drugiej połowy ubiegłego wieku. To obecnie dobrze ugruntowana dyscyplina naukowa, której głównym celem jest kontrolowanie reakcji chemicznej poprzez kierowanie ruchem jąder atomowych za pomocą femtosekundowych impulsów światła.

Obecnie lasery femtosekundowe są szeroko stosowane w większości dziedzin nauk chemicznych i w wielu laboratoriach. Attochemia jest jej nowszą i bardziej precyzyjną następczynią. Wraz z rozwojem technologii możliwe jest bowiem prowadzenie obserwacji w jeszcze krótszych odstępach czasu niż w przypadku femtochemii.

Jak stwierdził profesor Yin:

Poprzednie badania dotyczące tej tematyki, w których analizowano reakcje molekuł ograniczały się do fazy gazowej. Aby rozszerzyć zakres prac na środowisko wodne, które jest naturalnym środowiskiem procesów biochemicznych trzeba było od podstaw zaprojektować nowe urządzenie, które mogłoby generować ultracienki strumień cieczy o grubości mniejszej niż jedna milionowa metra w próżni. Musiał być tak wąski, ponieważ grubszy strumień utrudniałby pomiary, pochłaniając część wykorzystywanego promieniowania rentgenowskiego.

Yin, który pełnił rolę głównego eksperymentatora w projekcie, uważa, że dokonany wspólnie z naukowcami z Niemiec i Szwajcarii przełom nie tylko daje odpowiedź na pytanie jak powstało życie na Ziemi. Otwiera również całkiem nową ścieżkę badań dla innych zainteresowanych w nowatorskiej dziedzinie naukowej, jaką jest attochemia.