요소가 어떻게 생명의 관문이 되었는지

ETH Zurich와 University of Geneva의 연구원들은 매우 높은 시간 분해능으로 액체에서 일어나는 화학 반응을 관찰할 수 있는 새로운 방법을 개발했습니다. 이것은 그들이 단 몇 펨토초, 즉 몇 천조분의 1초 내에 분자가 어떻게 변하는지 조사할 수 있음을 의미합니다. 이 방법은 ETH Zurich의 물리 화학 교수인 Hans Jakob Wörner가 이끄는 동일한 연구원 그룹이 수행한 이전 작업을 기반으로 합니다. 그 작업은 가스 환경에서 일어나는 반응에 대해 유사한 결과를 가져왔습니다.

X선 분광법 관찰을 액체로 확장하기 위해 연구원들은 진공에서 직경 1마이크로미터 미만의 액체 제트를 생성할 수 있는 장치를 설계해야 했습니다. 제트가 더 넓으면 제트를 측정하는 데 사용되는 일부 X선을 흡수하기 때문에 이것은 필수적이었습니다.

생화학의 분자 개척자

새로운 방법을 사용하여 연구자들은 지구에서 생명체가 출현하게 된 과정에 대한 통찰력을 얻을 수 있었습니다. 많은 과학자들은 여기에서 요소가 중추적인 역할을 했다고 가정합니다. 그것은 탄소와 질소를 모두 포함하는 가장 단순한 분자 중 하나입니다. 게다가 요소는 지구가 아주 어렸을 때에도 존재했을 가능성이 매우 높으며, 이는 1950년대에 수행된 유명한 실험에서도 제안되었습니다. 뇌우의 조건에 노출되었습니다. 이것은 일련의 분자를 생성했으며 그 중 하나는 요소였습니다.

현재의 이론에 따르면 요소는 당시 생명이 없었던 지구에서 일반적으로 원시 수프라고 불리는 따뜻한 웅덩이에서 농축되었을 수 있습니다. 이 수프의 물이 증발함에 따라 요소의 농도가 증가했습니다. 우주선과 같은 전리 방사선에 노출되면 이 농축 요소가 여러 합성 단계를 거쳐 말론산을 생성할 가능성이 있습니다. 차례로 이것은 RNA와 DNA의 빌딩 블록을 만들었을 수 있습니다.

이 정확한 반응 도구가 배치되는 이유

그들의 새로운 방법을 사용하여 ETH 취리히와 제네바 대학의 연구원들은 이온화 방사선에 노출되었을 때 농축된 요소 용액이 어떻게 작용하는지 알아내기 위해 긴 일련의 화학 반응의 첫 번째 단계를 조사했습니다.

농축된 요소 용액의 요소 분자가 쌍으로 그룹화되거나 이량체로 알려진 것을 아는 것이 중요합니다. 연구원들이 이제 보여줄 수 있었던 것처럼 이온화 방사선은 이러한 각 이합체 내의 수소 원자가 한 요소 분자에서 다른 요소 분자로 이동하도록 합니다. 이것은 하나의 요소 분자를 양성자화된 요소 분자로 바꾸고 다른 하나는 요소 라디칼로 바꿉니다. 후자는 화학적으로 매우 반응성이 높습니다. 실제로 반응성이 매우 높아서 다른 분자와 반응할 가능성이 매우 높기 때문에 말론산도 형성됩니다.

연구원들은 또한 이러한 수소 원자의 이동이 매우 빠르게 발생하여 약 150펨토초 또는 150조분의 1초밖에 걸리지 않는다는 것을 보여주었습니다. Wörner는 “너무 빨라서 이 반응이 이론적으로 발생할 수 있는 다른 모든 반응을 선점합니다”라고 말합니다. “이것은 농축된 요소 용액이 다른 분자를 생성하는 다른 반응을 호스트하는 대신 요소 라디칼을 생성하는 이유를 설명합니다.”

액체에서의 반응은 관련성이 높습니다.

앞으로 Wörner와 그의 동료들은 말론산 형성으로 이어지는 다음 단계를 조사하기를 원합니다. 그들은 이것이 지구 생명의 기원을 이해하는 데 도움이 되기를 바랍니다.

그들의 새로운 방법은 일반적으로 액체에서 화학 반응의 정확한 순서를 조사하는 데에도 사용할 수 있습니다. Wörner는 “인체의 모든 생화학적 과정뿐만 아니라 산업과 관련된 많은 화학 합성도 액체에서 중요한 화학 반응의 전체 호스트가 발생합니다”라고 말합니다. “이것이 액체에서의 반응을 포함하도록 높은 시간 분해능에서 X선 ​​분광법의 범위를 확장한 것이 매우 중요한 이유입니다.”

ETH 취리히와 제네바 대학의 연구원들은 측정 데이터를 해석하는 데 필요한 계산을 수행한 함부르크의 Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY 동료들의 도움을 받아 이 작업을 수행했습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/06/230628130358.htm