Een nieuwe technologie werpt licht op een al lang bestaand mysterie: hoe is het leven op aarde ontstaan? Voordat er leven op aarde ontstond, in wat onderzoekers het prebiologische stadium noemen, was de atmosfeer minder dicht. Dit betekent dat hoogenergetische straling uit de ruimte overal aanwezig is en moleculen ioniseert.
Er wordt verondersteld dat blootstelling van kleine plassen die ureum bevatten, een organische verbinding die cruciaal is voor de vorming van nucleobasen, aan deze intense straling de omzetting van ureum in reactieproducten veroorzaakte. Deze producten zijn de bouwstenen van het leven: DNA en RNA.
Maar om dit proces beter te begrijpen, moeten wetenschappers het mechanisme achter de ionisatie en reactie van ureum verder bestuderen, evenals het reactiepad en het energieverbruik.
Een internationaal samenwerkingsteam bestaande uit corresponderende auteur Yin Zhong, momenteel universitair hoofddocent bij het International Center for Synchrotron Radiation Innovation and Intelligence (SRIS) aan de Northeastern University, en collega's van de Universiteit van Genève (UNIGE), ETH Zürich (ETHZ) en de Universiteit van Hamburg, heeft meer informatie onthuld via een innovatieve röntgenspectroscopiemethode.
Deze technologie maakt gebruik van een hoogwaardige harmonische genererende lichtbron en een submicron vloeistofvlak-ejector, waardoor onderzoekers chemische reacties die in vloeistoffen voorkomen, met ongeëvenaarde temporele precisie kunnen onderzoeken. Het allerbelangrijkste is dat deze baanbrekende methode onderzoekers in staat stelt de complexe veranderingen in het ureummolecuul op femtosecondeniveau, oftewel een biljardste van een seconde, te bestuderen.
"We hebben voor het eerst de reactie van ureummoleculen na ionisatie aangetoond. Ioniserende straling vernietigt het ureumbiomolecuul. Maar tijdens het dissiperen van de stralingsenergie ondergaat ureum een dynamisch proces dat plaatsvindt op de femtoseconde tijdschaal", zei Yin.
Eerdere onderzoeken naar moleculaire reacties zijn beperkt gebleven tot de gasfase. Om dit onderzoek uit te breiden naar waterige omgevingen, de natuurlijke omgeving voor biochemische processen, moest het team een apparaat ontwerpen dat in vacuüm ultradunne vloeistofstralen van minder dan een miljoenste meter dik kon produceren. Dikkere vloeistofstromen absorberen een deel van de röntgenstraling, waardoor metingen worden belemmerd.
Yin, die als hoofdonderzoeker fungeert, gelooft dat hun doorbraak niet alleen een antwoord is op de manier waarop het leven op aarde is ontstaan. Het opende ook een nieuwe weg in de nieuwe wetenschap van de atomaire chemie. "Kortere lichtpulsen zijn nodig om chemische reacties in realtime te begrijpen en het veld van de attochemie vooruit te helpen. Onze methode stelt wetenschappers in staat moleculaire films te observeren, waarbij ze elke stap van het proces kunnen volgen."