新しいテクノロジーは、地球上の生命はどのようにして誕生したのかという長年の謎に光を当てます。地球上に生命が誕生する前、研究者が「前生物学的段階」と呼ぶものでは、大気の密度はそれほど高くありませんでした。これは、宇宙からの高エネルギー放射線があらゆる場所に存在し、分子をイオン化することを意味します。
核酸塩基の形成に重要な有機化合物である尿素を含む小さな水たまりがこの強力な放射線に曝露されると、尿素が反応生成物に変換されるのではないかという仮説が立てられています。これらの産物は生命の構成要素である DNA と RNA です。
しかし、このプロセスをさらに理解するには、科学者は尿素のイオン化と反応の背後にあるメカニズム、反応経路とエネルギー消費をさらに研究する必要があります。
現在、ノースイースタン大学の国際放射光イノベーション・インテリジェンスセンター（SRIS）の准教授である責任著者のイン・ゾン氏と、ジュネーブ大学（UNIGE）、チューリッヒ工科大学（ETHZ）、ハンブルク大学の同僚で構成される国際共同チームは、革新的なX線分光法を通じてさらなる情報を明らかにした。
この技術は、高次高調波を生成する光源とサブミクロンの液面エジェクターを利用しており、研究者は液体中で起こる化学反応を比類のない時間精度で調べることができます。最も重要なことは、この画期的な方法により、研究者は尿素分子の複雑な変化をフェムト秒レベル、つまり 1 京分の 1 秒レベルで研究できるようになります。
「私たちは、イオン化後の尿素分子の反応を初めて実証しました。電離放射線は尿素生体分子を破壊します。しかし、放射線エネルギーが散逸する過程で、尿素はフェムト秒の時間スケールで起こる動的なプロセスを受けます」とイン氏は述べた。
分子反応に関するこれまでの研究は気相に限定されていました。この研究を生化学プロセスのための自然環境である水性環境に拡張するために、チームは真空中で厚さ100万分の1メートル未満の極薄液体ジェットを生成できる装置を設計する必要がありました。液体の流れが厚くなると X 線の一部が吸収され、測定が妨げられます。
主任実験者を務めるイン氏は、彼らの画期的な成果は地球上の生命がどのように形成されたのかを解明するだけではないと信じている。それはまた、原子化学という新しい科学に新たな道を切り開きました。 「化学反応をリアルタイムで理解し、アトケミストリーの分野を進歩させるには、より短い光パルスが必要です。私たちの方法により、科学者は分子の動画を観察し、途中のプロセスのすべての段階を追跡することができます。」