I ricercatori dell’ETH di Zurigo e dell’Università di Ginevra hanno sviluppato un nuovo metodo che consente loro di osservare le reazioni chimiche che si svolgono nei liquidi con una risoluzione temporale estremamente elevata. Ciò significa che possono esaminare come cambiano le molecole in pochi femtosecondi, in altre parole in pochi quadrilionesimi di secondo. Il metodo si basa su un precedente lavoro svolto dallo stesso gruppo di ricercatori guidato da Hans Jakob Wörner, professore di chimica fisica all’ETH di Zurigo. Quel lavoro ha prodotto risultati simili per reazioni che avvengono in ambienti gassosi.
Per estendere le loro osservazioni spettroscopiche a raggi X ai liquidi, i ricercatori hanno dovuto progettare un apparato in grado di produrre un getto di liquido con un diametro inferiore a un micrometro nel vuoto. Questo era essenziale perché se il getto fosse stato più ampio, avrebbe assorbito parte dei raggi X usati per misurarlo.
Pioniere molecolare in biochimica
Utilizzando il nuovo metodo, i ricercatori sono stati in grado di ottenere informazioni sui processi che hanno portato all’emergere della vita sulla Terra. Molti scienziati presumono che l’urea abbia svolto un ruolo fondamentale in questo caso. È una delle molecole più semplici contenenti sia carbonio che azoto. Inoltre, è molto probabile che l’urea fosse presente anche quando la Terra era molto giovane, cosa suggerita anche da un famoso esperimento condotto negli anni ’50: lo scienziato americano Stanley Miller ha inventato una miscela di quei gas che si ritiene costituissero il primordiale del pianeta atmosfera e lo espose alle condizioni di un temporale. Questo ha prodotto una serie di molecole, una delle quali era l’urea.
Secondo le attuali teorie, l’urea potrebbe essersi arricchita in calde pozzanghere – comunemente chiamate zuppa primordiale – sulla Terra allora senza vita. Man mano che l’acqua in questa zuppa evaporava, la concentrazione di urea aumentava. Attraverso l’esposizione a radiazioni ionizzanti come i raggi cosmici, è possibile che questa urea concentrata abbia prodotto acido malonico in più passaggi di sintesi. A sua volta, questo potrebbe aver creato i mattoni di RNA e DNA.
Perché questo esatto strumento di reazione si trova
Utilizzando il loro nuovo metodo, i ricercatori dell’ETH di Zurigo e dell’Università di Ginevra hanno studiato il primo passo di questa lunga serie di reazioni chimiche per scoprire come si comporta una soluzione di urea concentrata quando esposta a radiazioni ionizzanti.
È importante sapere che le molecole di urea in una soluzione di urea concentrata si raggruppano in coppie, o in quelli che sono noti come dimeri. Come i ricercatori sono stati ora in grado di dimostrare, le radiazioni ionizzanti fanno sì che un atomo di idrogeno all’interno di ciascuno di questi dimeri si sposti da una molecola di urea all’altra. Questo trasforma una molecola di urea in una molecola di urea protonata e l’altra in un radicale di urea. Quest’ultimo è chimicamente altamente reattivo — così reattivo, infatti, che è molto probabile che reagisca con altre molecole, formando così anche acido malonico.
I ricercatori sono anche riusciti a dimostrare che questo trasferimento di un atomo di idrogeno avviene in modo estremamente rapido, impiegando solo circa 150 femtosecondi, o 150 quadrilionesimi di secondo. “È così veloce che questa reazione anticipa tutte le altre reazioni che potrebbero teoricamente verificarsi”, afferma Wörner. “Questo spiega perché le soluzioni concentrate di urea producono radicali di urea piuttosto che ospitare altre reazioni che produrrebbero altre molecole”.
Le reazioni nei liquidi sono molto rilevanti
In futuro, Wörner ei suoi colleghi vogliono esaminare i prossimi passi che portano alla formazione dell’acido malonico. Sperano che questo li aiuti a comprendere le origini della vita sulla Terra.
Per quanto riguarda il loro nuovo metodo, può anche essere generalmente utilizzato per esaminare la sequenza precisa delle reazioni chimiche nei liquidi. “Un’intera serie di importanti reazioni chimiche avviene nei liquidi, non solo tutti i processi biochimici nel corpo umano, ma anche un gran numero di sintesi chimiche rilevanti per l’industria”, afferma Wörner. “Questo è il motivo per cui è così importante che ora abbiamo ampliato l’ambito della spettroscopia a raggi X ad alta risoluzione temporale per includere le reazioni nei liquidi”.
I ricercatori dell’ETH di Zurigo e dell’Università di Ginevra sono stati assistiti in questo lavoro dai colleghi del Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY di Amburgo, che hanno eseguito i calcoli necessari per interpretare i dati di misurazione.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
