Cientistas da ETH Zurique e da Universidade de Genebra desenvolveram uma nova técnica que permite a observação de reações químicas que ocorrem em líquidos com resolução de tempo extremamente alta. Esta inovação permite-lhes acompanhar como as moléculas mudam em apenas alguns femtosegundos (por outras palavras, trilionésimos de segundo).

Pesquisadores desenvolveram uma nova forma de observar reações químicas em líquidos, revelando reações envolvendo moléculas como a uréia que podem ter contribuído para o surgimento da vida na Terra. A técnica envolve um instrumento especial que cria pequenos jatos de líquido e espectroscopia de raios X, permitindo aos cientistas estudar reações que ocorrem em apenas femtossegundos.

Esta descoberta baseia-se em pesquisas anteriores do mesmo grupo de pesquisa liderado por Hans Jakob Wörner, professor de físico-química na ETH Zurich. Este trabalho produziu resultados semelhantes para reações que ocorrem em ambientes gasosos.

Para estender as observações espectroscópicas de raios X a líquidos, os pesquisadores tiveram que projetar um instrumento capaz de produzir jatos líquidos com menos de um mícron de diâmetro no vácuo. Isto é crucial porque se o jato fosse mais largo, absorveria alguns dos raios X usados ​​para medição.

Usando este novo método, os pesquisadores são capazes de obter informações sobre o processo pelo qual a vida surgiu na Terra. Muitos cientistas acreditam que a uréia desempenha um papel fundamental nisso. A uréia é uma das moléculas mais simples que contém carbono e nitrogênio.

Mais importante ainda, a ureia provavelmente estava presente quando a Terra era muito jovem, como também foi demonstrado por um famoso experimento na década de 1950: o cientista americano Stanley Miller preparou uma mistura de gases que se acredita constituir a atmosfera original da Terra e a expôs a condições de tempestade. Isso cria uma série de moléculas, uma das quais é a uréia.

De acordo com as teorias atuais, a uréia pode ter sido enriquecida em poças quentes na então sem vida da Terra – muitas vezes chamada de sopa primordial. À medida que a água da sopa evapora, a concentração de uréia aumenta. Sob a influência de radiações ionizantes, como os raios cósmicos, essas ureias concentradas podem passar por múltiplas etapas de síntese para produzir ácido malônico. Isto, por sua vez, pode ter produzido os blocos de construção do RNA e do DNA.

Usando seu novo método, pesquisadores da ETH Zurich e da Universidade de Genebra estudaram o primeiro passo nesta longa cadeia de reações químicas para descobrir como as soluções concentradas de ureia se comportam quando expostas à radiação ionizante.

Você deve saber que as moléculas de uréia na solução concentrada de uréia formarão pares por conta própria, que são os chamados dímeros. Os investigadores conseguiram agora mostrar que a radiação ionizante faz com que um átomo de hidrogénio em cada dímero se mova de uma molécula de ureia para outra. Desta forma, uma molécula de ureia torna-se uma molécula de ureia protonada e a outra molécula de ureia torna-se um radical de ureia. Este último é altamente reativo quimicamente - tão reativo, na verdade, que é provável que reaja com outras moléculas para formar ácido malônico.

Os investigadores também conseguiram mostrar que esta transferência de átomos de hidrogénio ocorre muito rapidamente, demorando apenas cerca de 150 femtossegundos, ou 150 quatrilionésimos de segundo. “Esta reação é tão rápida que todas as outras reações que teoricamente poderiam ocorrer são substituídas por esta reação”, diz Wörner. "Isso explica por que uma solução concentrada de ureia produz radicais de ureia em vez de hospedar outras reações que produziriam outras moléculas."

Wörner e seus colegas esperam estudar os próximos passos que levam à formação do malonato, esperando que isso os ajude a compreender as origens da vida na Terra.

Quanto ao seu novo método, também pode ser usado para estudar a sequência precisa de reações químicas em líquidos em geral. "Uma série de reações químicas importantes ocorrem em líquidos, incluindo não apenas todos os processos bioquímicos no corpo humano, mas também um grande número de sínteses químicas relevantes para a indústria", disse Werner. "É por isso que é tão importante que agora expandamos a gama de espectroscopia de raios X de alta resolução para incluir também reações em líquidos."