Scienziati rivelano il ruolo segreto dell’urea nell’origine della vita
Un nuovo metodo per osservare le reazioni chimiche nei liquidi
Un’innovazione rivoluzionaria
Un gruppo di ricercatori ha sviluppato un nuovo metodo per osservare le reazioni chimiche nei liquidi, gettando luce su reazioni che coinvolgono molecole come l’urea, che potrebbero aver contribuito all’emergere della vita sulla Terra. La tecnica implica un’apparecchiatura speciale che produce un getto di liquido fine e la spettroscopia a raggi X, permettendo agli scienziati di studiare le reazioni che si svolgono in pochi femtosecondi.
• Un nuovo metodo per osservare le reazioni chimiche nei liquidi
• Un’innovazione rivoluzionaria
• Il ruolo dell’urea nell’emergere della vita
• Un pioniere molecolare in biochimica
• Perché questa reazione esatta ha avuto luogo
• Le reazioni nei liquidi sono altamente rilevanti
Gli scienziati dell’ETH di Zurigo e dell’Università di Ginevra hanno sviluppato una nuova tecnica che consente loro di osservare le reazioni chimiche nei liquidi con una risoluzione temporale estremamente alta. Questa innovazione permette loro di tracciare come le molecole cambiano in pochi femtosecondi, ovvero in pochi quadrilionimi di secondo.
Questa scoperta si basa su ricerche precedenti dello stesso team, guidato da Hans Jakob Wörner, professore di chimica fisica all’ETH di Zurigo. Quel lavoro ha prodotto risultati simili per le reazioni che si svolgono in ambienti gassosi.
Per estendere le loro osservazioni di spettroscopia a raggi X ai liquidi, i ricercatori hanno dovuto progettare un’apparecchiatura in grado di produrre un getto di liquido con un diametro inferiore a un micrometro in un vuoto. Questo era essenziale perché se il getto fosse più largo, avrebbe assorbito alcuni dei raggi X utilizzati per misurarlo.
Il ruolo dell’urea nell’emergere della vita
Un 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 ritengono che l’urea abbia svolto un ruolo fondamentale in questo contesto. È una delle molecole più semplici che contengono sia carbonio che azoto.
Inoltre, è molto probabile che l’urea fosse presente anche quando la Terra era molto giovane, come suggerito da un famoso esperimento condotto negli anni ’50: lo scienziato americano Stanley Miller ha creato una miscela di quei gas che si ritiene abbiano costituito l’atmosfera primordiale del pianeta e l’ha esposta alle condizioni di un temporale. Questo ha prodotto una serie di molecole, una delle quali era l’urea.
Secondo le teorie attuali, l’urea potrebbe essersi arricchita in pozze calde, comunemente chiamate “brodo primordiale”, sulla Terra allora priva di vita. Con l’evaporazione dell’acqua in questa zuppa, 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 attraverso molteplici passaggi di sintesi. A sua volta, questo potrebbe aver creato i mattoni costitutivi del RNA e del DNA.
Perché questa reazione esatta ha avuto luogo
Il comportamento dell’urea
Utilizzando il loro nuovo metodo, i ricercatori dell’ETH di Zurigo e dell’Università di Ginevra hanno indagato il primo passo in questa lunga serie di reazioni chimiche per scoprire come si comporta una soluzione concentrata di urea quando esposta a radiazioni ionizzanti.
È importante sapere che le molecole di urea in una soluzione concentrata di urea si raggruppano in coppie, o ciò che è noto come dimeri. Come i ricercatori sono ora in grado di mostrare, la radiazione ionizzante provoca lo spostamento di un atomo di idrogeno all’interno di ciascuno di questi dimeri 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 altamente reattivo chimicamente – così reattivo, infatti, che è molto probabile che reagisca con altre molecole, formando così anche acido malonico.
La velocità della reazione
I ricercatori sono riusciti anche a dimostrare che questo trasferimento di un atomo di idrogeno avviene estremamente rapidamente, impiegando solo circa 150 femtosecondi, o 150 quadrilionimi di secondo. “È così veloce che questa reazione prevede tutte le altre reazioni che potrebbero teoricamente avere luogo”, 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 altamente rilevanti
In futuro, Wörner e i suoi colleghi vogliono esaminare i passaggi successivi che portano alla formazione di acido malonico. Sperano che ciò li aiuterà a capire le origini della vita sulla Terra.
Per quanto riguarda il loro nuovo metodo, può anche essere utilizzato in generale per esaminare la sequenza precisa delle reazioni chimiche nei liquidi. “Una serie di importanti reazioni chimiche avvengono nei liquidi – non solo tutti i processi biochimici nel corpo umano, ma anche molte sintesi chimiche rilevanti per l’industria”, afferma Wörner. “Ecco perché è così importante che abbiamo ora ampliato l’ambito della spettroscopia a raggi X ad alta risoluzione temporale per includere le reazioni nei liquidi.”