Urea dianggap sebagai molekul kunci yang mungkin dalam asal -usul kehidupan. Para peneliti telah menemukan cara yang sebelumnya tidak diketahui di mana blok bangunan ini dapat membentuk secara spontan pada permukaan air tanpa perlu energi tambahan.
oleh Doris Lujanovic, komunikasi perusahaan
Urea adalah salah satu bahan kimia industri terpenting yang diproduksi di seluruh dunia. Ini digunakan sebagai pupuk, untuk produksi resin sintetis dan bahan peledak dan sebagai aditif bahan bakar untuk membersihkan gas buang mobil. Urea juga diyakini sebagai blok bangunan penting potensial untuk pembentukan molekul biologis seperti RNA dan DNA sehubungan dengan pertanyaan tentang asal usul kehidupan (lihat berita ETH mulai 28 Juni 2023). Sampai sekarang, asal usul urea itu sendiri di bumi awal belum diklarifikasi secara meyakinkan.
Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh Ruth Signorell, profesor kimia fisik di ETH Zurich, telah menemukan jalur reaksi yang sebelumnya tidak diketahui untuk pembentukan urea yang dapat memberikan jawaban. Studi ini baru saja diterbitkan dalam jurnal Sains.
Kimia di permukaan air
Baik tekanan tinggi dan suhu atau katalis kimia diperlukan untuk produksi industri urea dari amonia (NH3) dan karbon dioksida (CO2). Enzim memungkinkan reaksi yang sama terjadi pada manusia dan hewan, menghilangkan amonia beracun dari kerusakan protein seperti urea. Karena molekul sederhana ini mengandung nitrogen serta karbon dan mungkin ada di bumi awal yang tidak berpenghuni, banyak peneliti memandang urea sebagai prekursor yang mungkin untuk biomolekul kompleks.
“Dalam penelitian kami, kami menunjukkan satu cara di mana urea bisa terbentuk di bumi prebiotik,” kata Signorell – “yaitu di mana molekul air berinteraksi dengan gas atmosfer: di permukaan air.”
Reaktor di tepi tetesan
Tim Signorell mempelajari tetesan air kecil seperti yang ditemukan di semprotan laut dan kabut halus. Para peneliti mengamati bahwa urea dapat membentuk spontan dari karbon dioksida (CO2) dan amonia (NH3) di lapisan permukaan tetesan dalam kondisi ambien. Antarmuka fisik antara udara dan cairan menciptakan lingkungan kimia khusus di permukaan air yang memungkinkan reaksi spontan.
Karena tetesan memiliki luas permukaan yang sangat besar dalam kaitannya dengan volumenya, reaksi kimianya terutama terjadi di dekat permukaan ini. Gradien konsentrasi kimia terbentuk di area ini, yang bertindak seperti reaktor mikroskopis. Gradien pH melintasi lapisan antarmuka tetesan air menciptakan lingkungan asam yang diperlukan, yang membuka jalur tidak konvensional yang seharusnya tidak terjadi dalam cairan.
“Aspek luar biasa dari reaksi ini adalah bahwa hal itu terjadi dalam kondisi sekitar tanpa energi eksternal,” jelas Mercede Mohajer Azizbaig, salah satu dari dua penulis pertama. Ini tidak hanya membuat proses ini menarik dari perspektif teknis tetapi juga memberikan wawasan yang berharga tentang proses yang bisa menjadi signifikan untuk evolusi.
Jendela ke masa -masa awal bumi
Asal usul kehidupan saat ini menjadi subjek banyak penelitian yang luas, dengan berbagai pendekatan yang dieksplorasi. Penulis pertama Pallab Basuri menjelaskan: “Mengingat bidang penelitian yang kontroversial, penting bagi kami untuk mendukung pengamatan kami.” Perhitungan teoretis oleh rekan penulis Evangelos Miliordos dan Andrei Evdokimov dari Universitas Auburn mendukung temuan eksperimental dan mengkonfirmasi bahwa reaksi urea pada tetesan terjadi tanpa pasokan energi eksternal.
Hasilnya menunjukkan bahwa reaksi alami ini juga dapat dimungkinkan di atmosfer Bumi awal – atmosfer yang kaya CO2 dan mungkin mengandung jejak kecil amonia. Dalam lingkungan seperti itu, aerosol berair atau tetesan kabut dapat bertindak sebagai reaktor alami di mana molekul prekursor seperti urea terbentuk. “Studi kami menunjukkan betapa antarmuka yang tampaknya biasa dapat menjadi ruang reaksi yang dinamis, menunjukkan bahwa molekul biologis mungkin memiliki asal yang lebih umum daripada yang diperkirakan sebelumnya,” kata Signorell.
Dalam jangka panjang, reaksi langsung CO2 dan amonia dalam kondisi sekitar juga dapat memiliki potensi untuk produksi urea dan produk hilir yang ramah iklim.
Referensi
Azizbaig Mohajer M, Basuri P, Evdokimov A et al. Pembentukan urea spontan dari karbon dioksida dan amonia dalam tetesan berair, Science Journal. ADV2362
