Une nouvelle expérience révèle comment se déroule la conversion ultrarapide de l'urée
La clé de l'origine de la vie a été trouvée
Comment la vie est-elle apparue sur Terre ? Cette question fascine depuis longtemps les experts qui, au fil des ans, ont élaboré diverses théories. Selon l'une d'entre elles, l'origine de la vie remonterait à de petits étangs chauds qui auraient existé sur Terre il y a quatre milliards d'années. L'eau de ces étangs contenait probablement des molécules d'urée, qui ont été exposées au rayonnement ultraviolet du soleil, lequel aurait à l'époque pénétré presque sans entrave jusqu'à la surface de la terre. Ce rayonnement à haute énergie a pu transformer l'urée en produits de réaction qui ont ensuite formé des biomolécules qui ont servi plus tard d'éléments constitutifs de la vie - c'est du moins l'idée que l'on s'en fait.
Deux molécules d'urée voisines dans une solution aqueuse échangent des protons.
Ludger Inhester, DESY
Cette théorie des "petits étangs chauds" est l'un des éléments qui a incité une équipe de chercheurs de Hambourg, Zurich et Genève à concevoir et à réaliser une expérience inédite. L'équipe dirigée par Hans Jakob Wörner, de l'École polytechnique fédérale de Zurich, et Jean-Pierre Wolf, de l'Université de Genève, a utilisé une source spéciale de rayons X pour examiner les premières étapes, extrêmement rapides, de la conversion de l'urée induite par la lumière, comme le rapportent les scientifiques dans la revue Nature.
Pour leur expérience à l'université de Genève, l'équipe a envoyé des impulsions d'un faisceau laser à travers un jet d'une solution d'urée très concentrée. Les impulsions laser ont ionisé certaines des molécules d'urée, arrachant un électron à chacune d'entre elles. Immédiatement après, les scientifiques ont envoyé une impulsion ultracourte de rayons X doux derrière eux. Ceux-ci ont agi comme une sonde, révélant dans les moindres détails comment l'urée réagit à l'électron arraché. Le groupe a ensuite répété l'expérience à plusieurs reprises, en modifiant systématiquement l'intervalle de temps entre le laser ionisant et les impulsions de rayons X. Il a ainsi été possible d'obtenir des résultats très précis.
Il a ainsi été possible de reconstituer la séquence des événements avec précision, à quelques femtosecondes (quadrillionnaires de seconde) près. L'interprétation des spectres obtenus s'est avérée particulièrement difficile. "Cela a nécessité des simulations informatiques détaillées que nous avons développées ici à DESY pendant de nombreuses années", explique Ludger Inhester, physicien à DESY, qui travaille au Centre pour la science des lasers à électrons libres, une entreprise commune de DESY, de l'université de Hambourg et de la société Max Planck.
Les scientifiques ont utilisé cette installation pour déterminer les premières étapes de la conversion de l'urée. Lorsqu'une molécule d'urée est ionisée, elle perd un électron et devient chargée positivement. Elle ne demande qu'à se débarrasser de cette charge positive, ce qui devient possible lorsqu'une autre molécule d'urée non ionisée se trouve à proximité immédiate. "La première molécule pousse alors un proton, qui est un noyau d'hydrogène, vers la molécule neutre", explique Inhester, qui travaille également dans le cadre du pôle d'excellence CUI : Advanced Imaging of Matter (imagerie avancée de la matière) à l'université de Hambourg. "Ce transfert de protons crée un radical d'urée ainsi qu'un ion d'urée chargé positivement. Ces deux éléments sont chimiquement réactifs et pourraient avoir conduit à la formation de molécules d'ARN il y a des milliards d'années - des éléments essentiels de la vie primitive.
L'expérience réalisée par les scientifiques démontre non seulement pour la première fois la rapidité de la "transaction de protons" conclue entre deux molécules d'urée, mais révèle également sa durée - le processus complet ne dure que quelques centaines de femtosecondes.
"Ce qui est nouveau dans notre expérience, c'est que nous avons pu observer des processus extrêmement rapides dans une molécule qui existe dans un environnement aqueux", explique Inhester. "Les expériences précédentes n'avaient examiné des réactions de ce type qu'en phase gazeuse. Le comportement des molécules en suspension dans un liquide tel que l'eau est particulièrement pertinent pour toute une série de questions, notamment en ce qui concerne les processus biologiques. Les expériences dans ce type d'environnement représentent un défi, non seulement en ce qui concerne les mesures, mais aussi les calculs nécessaires à l'interprétation des données mesurées.
À l'avenir, la nouvelle technique pourrait également révéler les détails de ce qui se passe lorsque les rayonnements ionisants frappent les tissus et causent des dommages - le type de recherche que le nouveau Centre for Molecular Water Science (CMWS) envisage de faire, qui est actuellement mis en place en coopération internationale sur le campus de DESY. Les chercheurs envisagent également de mener des expériences similaires dans une source de rayons X beaucoup plus importante, le laser européen XFEL de Hambourg. Ce laser à rayons X, qui mesure plus de trois kilomètres de long et dans lequel DESY joue un rôle central, produit les impulsions de rayons X les plus puissantes au monde. "Cela nous permettrait d'étudier ce transfert de protons sous différents angles", explique M. Inhester, qui espère ainsi découvrir d'autres détails sur ce processus fondamental.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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