ETH ज्यूरिख और जिनेवा विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों ने एक नई तकनीक विकसित की है जो अत्यधिक उच्च समय रिज़ॉल्यूशन के साथ तरल पदार्थों में होने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं का अवलोकन करने में सक्षम बनाती है। यह नवाचार उन्हें यह ट्रैक करने की अनुमति देता है कि अणु केवल कुछ फेमटोसेकंड (दूसरे शब्दों में, एक सेकंड का खरबवां हिस्सा) में कैसे बदलते हैं।
शोधकर्ताओं ने तरल पदार्थों में रासायनिक प्रतिक्रियाओं का निरीक्षण करने का एक नया तरीका विकसित किया है, जिससे यूरिया जैसे अणुओं से जुड़ी प्रतिक्रियाओं का पता चलता है जिन्होंने पृथ्वी पर जीवन के उद्भव में योगदान दिया हो सकता है। इस तकनीक में एक विशेष उपकरण शामिल होता है जो तरल पदार्थ और एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी के छोटे जेट बनाता है, जिससे वैज्ञानिकों को कम से कम फेमटोसेकंड में होने वाली प्रतिक्रियाओं का अध्ययन करने की अनुमति मिलती है।
यह सफलता ETH ज्यूरिख में भौतिक रसायन विज्ञान के प्रोफेसर हंस जैकब वॉर्नर के नेतृत्व में उसी शोध समूह के पिछले शोध पर आधारित है। इस कार्य से गैसीय वातावरण में होने वाली प्रतिक्रियाओं के समान परिणाम मिले।
तरल पदार्थों में एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपिक अवलोकनों का विस्तार करने के लिए, शोधकर्ताओं को एक ऐसा उपकरण डिजाइन करना था जो निर्वात में एक माइक्रोन से कम व्यास वाले तरल जेट का उत्पादन करने में सक्षम हो। यह महत्वपूर्ण है क्योंकि यदि जेट चौड़ा होता, तो यह माप के लिए उपयोग की जाने वाली कुछ एक्स-रे को अवशोषित कर लेता।
इस नई पद्धति का उपयोग करके, शोधकर्ता उस प्रक्रिया में अंतर्दृष्टि प्राप्त करने में सक्षम हैं जिसके द्वारा पृथ्वी पर जीवन का उदय हुआ। कई वैज्ञानिकों का मानना है कि यूरिया इसमें अहम भूमिका निभाता है। यूरिया कार्बन और नाइट्रोजन युक्त सबसे सरल अणुओं में से एक है।
इसके अलावा, यूरिया सबसे अधिक संभावना तब मौजूद थी जब पृथ्वी बहुत छोटी थी, जैसा कि 1950 के दशक में एक प्रसिद्ध प्रयोग द्वारा सुझाया गया था: अमेरिकी वैज्ञानिक स्टेनली मिलर ने गैसों का एक मिश्रण तैयार किया था, जिसके बारे में माना जाता है कि इसने पृथ्वी के मूल वातावरण को बनाया था और इसे तूफान की स्थिति में उजागर किया था। इससे अणुओं की एक शृंखला बनती है, जिनमें से एक यूरिया है।
वर्तमान सिद्धांतों के अनुसार, यूरिया को तत्कालीन बेजान पृथ्वी पर गर्म पोखरों में समृद्ध किया गया होगा - जिसे अक्सर प्राइमर्डियल सूप कहा जाता है। जैसे-जैसे सूप में पानी वाष्पित होता जाता है, यूरिया की सांद्रता बढ़ती जाती है। कॉस्मिक किरणों जैसे आयनकारी विकिरण के प्रभाव में, ये संकेंद्रित यूरिया मैलोनिक एसिड का उत्पादन करने के लिए कई संश्लेषण चरणों से गुजर सकते हैं। बदले में, इसने आरएनए और डीएनए के निर्माण खंडों का उत्पादन किया होगा।
अपनी नई पद्धति का उपयोग करते हुए, ETH ज्यूरिख और जिनेवा विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने रासायनिक प्रतिक्रियाओं की इस लंबी श्रृंखला में पहले चरण का अध्ययन किया ताकि यह पता लगाया जा सके कि आयनीकृत विकिरण के संपर्क में आने पर केंद्रित यूरिया समाधान कैसे व्यवहार करते हैं।
आपको पता होना चाहिए कि सांद्रित यूरिया घोल में यूरिया अणु अपने आप जोड़े बनाएंगे, जिन्हें तथाकथित डिमर कहा जाता है। शोधकर्ता अब यह दिखाने में सक्षम हो गए हैं कि आयनकारी विकिरण प्रत्येक डिमर में एक हाइड्रोजन परमाणु को एक यूरिया अणु से दूसरे में स्थानांतरित करने का कारण बनता है। इस प्रकार, एक यूरिया अणु प्रोटोनेटेड यूरिया अणु बन जाता है, और दूसरा यूरिया अणु यूरिया रेडिकल बन जाता है। उत्तरार्द्ध रासायनिक रूप से अत्यधिक प्रतिक्रियाशील है - वास्तव में इतना प्रतिक्रियाशील है कि यह अन्य अणुओं के साथ प्रतिक्रिया करके मैलोनिक एसिड बनाता है।
शोधकर्ता यह दिखाने में भी कामयाब रहे कि हाइड्रोजन परमाणुओं का यह स्थानांतरण बहुत तेजी से होता है, जिसमें केवल 150 फेमटोसेकंड या एक सेकंड का 150 क्वाड्रिलियनवां हिस्सा लगता है। वॉर्नर कहते हैं, "यह प्रतिक्रिया इतनी तेज़ है कि सैद्धांतिक रूप से होने वाली हर दूसरी प्रतिक्रिया इस प्रतिक्रिया से प्रतिस्थापित हो जाती है।" "यह बताता है कि क्यों केंद्रित यूरिया समाधान अन्य प्रतिक्रियाओं की मेजबानी करने के बजाय यूरिया रेडिकल्स का उत्पादन करते हैं जो अन्य अणुओं का उत्पादन करेंगे।"
वॉर्नर और उनके सहयोगियों को मैलोनेट के निर्माण के अगले चरणों का अध्ययन करने की उम्मीद है, उम्मीद है कि इससे उन्हें पृथ्वी पर जीवन की उत्पत्ति को समझने में मदद मिलेगी।
जहां तक उनकी नई विधि का सवाल है, इसका उपयोग सामान्य तौर पर तरल पदार्थों में रासायनिक प्रतिक्रियाओं के सटीक अनुक्रम का अध्ययन करने के लिए भी किया जा सकता है। वर्नर ने कहा, "तरल पदार्थों में कई महत्वपूर्ण रासायनिक प्रतिक्रियाएं होती हैं, जिनमें न केवल मानव शरीर में सभी जैव रासायनिक प्रक्रियाएं शामिल हैं, बल्कि उद्योग से संबंधित बड़ी संख्या में रासायनिक संश्लेषण भी शामिल हैं।" "यही कारण है कि यह इतना महत्वपूर्ण है कि हमने अब तरल पदार्थों में प्रतिक्रियाओं को भी शामिल करने के लिए उच्च-समय-रिज़ॉल्यूशन एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी की सीमा का विस्तार किया है।"