Исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха открыли новый механизм образования мочевины — одного из ключевых соединений для возникновения жизни на Земле. Команда обнаружила, что мочевина может спонтанно формироваться на поверхности водных капель без дополнительных затрат энергии. Работа опубликована в журнале Science.
Важнейшая для зарождения жизни молекула возникает из тумана и брызг
Исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха открыли революционный механизм образования мочевины — ключевого соединения для возникновения жизни. Ученые доказали, что эта молекула может спонтанно формироваться на поверхности обычных водных капель без дополнительной энергии, что объясняет появление первых строительных блоков жизни на древней Земле.
Древнейший реактор по производству мочевины. Unsplash
Когда астрономы ищут жизнь на других планетах, они в первую очередь обращают внимание на CHON — так обозначаются строительные блоки жизни: углерод (С), водород (H), кислород (O) и азот (N). Эти элементы регулярно находят в атмосферах экзопланет. Из отрытия швейцарских химиков следует, что, если в атмосфере планеты есть углекислый газ (СО2), вода (H2O) и аммиак (NH3), на планете может спонтанно образоваться мочевина — CO(NH2)2. Ничего больше не нужно, даже дополнительных источников энергии. А это значит, что CHON действительно может быть предшественником жизни.
Мочевина считается важнейшим промышленным химикатом и потенциальным строительным блоком для биологических молекул, таких как РНК и ДНК. До сих пор происхождение этого соединения на ранней Земле оставалось загадкой. В промышленности для синтеза мочевины из аммиака и углекислого газа требуются высокие температуры, давление или катализаторы.
Капля как реактор
Графическое представление образования мочевины в капле соленой воды.
Ученые исследовали крошечные водные капли, подобные морским брызгам или туману. Они обнаружили, что мочевина может образовываться спонтанно из углекислого газа (CO2) и аммиака (NH3) в поверхностном слое капель при обычных условиях. Физическая граница между воздухом и жидкостью создает особую химическую среду, где возможна спонтанная реакция.
Поскольку капля имеет очень большую площадь поверхности относительно объема, химические реакции происходят преимущественно вблизи этой поверхности. В этой области формируются градиенты концентрации и кислотности (pH), превращающие каплю в микроскопический реактор. Кислая среда открывает необычные пути реакций, невозможные в обычных жидкостях.
Соавтора исследования Мерседе Азизбаиг говорит: «Замечательная особенность этой реакции в том, что она происходит при обычных условиях без какой-либо внешней энергии».
Брызги и капли.
Результаты показывают, что подобная реакция могла происходить в атмосфере древней Земли, богатой CO2 и содержащей следы аммиака. Водные аэрозоли или туман могли служить естественными реакторами для образования молекул-предшественников.
Открытие демонстрирует, как обычные поверхности раздела могут становиться динамичными реакционными пространствами. Это предполагает широкое распространение биологических молекул, в том числе на других планетах.