Исследовательская группа под руководством профессора физической химии Рут Синьорелли из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) обнаружила ранее неизвестный путь образования мочевины — простого, но важного органического соединения, которое входит в состав живых организмов и принимает участие во множестве важных физиологических реакций.
Мочевина в наше время является одним из ключевых веществ в производстве удобрений, смол, взрывчатых веществ и даже в системах очистки автомобильных выхлопов. Но кроме своей исключительной важности для промышленности, это соединение имеет глубокое биологическое значение. Ученые уже давно предполагают, что именно мочевина могла быть одним из строительных блоков для формирования РНК и ДНК — молекул, лежащих в основе всего живого. Однако до сих пор было неясно, каким образом это соединение могло появиться на Земле, которая миллиарды лет назад была совершенно безжизненной.
В процессе своего исследования группа Синьорелли сосредоточилась на необычном объекте — микроскопических каплях воды, аналогичных тем, которые составляют собой туман. Оказалось, что именно на границе между воздухом и водой, то есть, на поверхности таких капель, может происходить спонтанная реакция между аммиаком и углекислым газом, в результате которой образуется мочевина. Причем такой процесс вообще не требует каких-либо специальных условий — для того, чтобы он происходил, не нужно ни высокое давление, ни специальная температура, ни присутствие катализаторов. Это кардинально отличает его как от промышленных методов синтеза мочевины, так и от ферментативных реакций, которые протекают в живых организмах.
По словам ученых, поверхность водяной капли создает уникальную химическую среду. Поскольку у капель большая площадь поверхности при малом объеме, реакции происходят преимущественно на границе водной и воздушной фаз. В этой области формируются градиенты концентраций и pH, которые становятся почвой для новых, нестандартных путей химических преобразований. Такой микрореактор способен запускать реакции, которые вообще невозможны в большем объеме жидкости.
Эксперименты, проведенные командой ETH Zurich, были подтверждены теоретическими расчетами ученых из Университета Оберн. Расчеты показали, что образование мочевины действительно возможно без внешнего источника энергии, если реагенты находятся в определенных условиях на границе воды и воздуха. Это дает основание предполагать, что на ранней Земле — в атмосфере, которая на тот момент была богата углекислым газом и содержала следы аммиака, — миниатюрные капли могли служить природными реакторами для синтеза ключевых органических молекул и, как следствие, для зарождения жизни.
Выводы ученых доказывают, что сложные молекулы способны формироваться в самых простых условиях. У этого открытия есть обширные практические перспективы: возможно, в будущем подобные реакции можно будет использовать для экологически чистого получения мочевины без применения сложных катализаторов и энергетических затрат. Так у древнейшей «технологии», породившей жизнь в атмосфере молодой Земли есть все шансы получить новую жизнь в качестве промышленной технологии будущего.
Ранее ученые раскрыли неожиданные подробности эволюции Луны.
