यह एक है विरोधाभास: जीवन को जीवित रहने के लिए पानी की आवश्यकता होती है, लेकिन पानी से भरी दुनिया ऐसे जैव अणु उत्पन्न नहीं कर सकती जो प्रारंभिक जीवन के लिए आवश्यक होते। या तो शोधकर्ताओं ने सोचा।
पानी हर जगह है। अधिकांश मानव शरीर उससे बना है, पृथ्वी ग्रह का अधिकांश भाग इसके द्वारा कवर किया गया है, और मनुष्य इससे अधिक जीवित नहीं रह सकते हैं दो दिन बिना पिए. पानी के अणु होते हैं अद्वितीय विशेषताएं जो उन्हें आपके शरीर के माध्यम से यौगिकों को भंग करने और परिवहन करने की अनुमति देता है, आपकी कोशिकाओं को संरचना प्रदान करता है, और आपके तापमान को नियंत्रित करता है। वास्तव में, बुनियादी रासायनिक प्रतिक्रियाएं जो जीवन को सक्षम बनाती हैं, जैसा कि हम जानते हैं कि इसके लिए पानी की आवश्यकता होती है, प्रकाश संश्लेषण एक उदाहरण होने के नाते।
हालाँकि, जब प्रोटीन और डीएनए जैसे पहले जैव-अणु ग्रह पृथ्वी के शुरुआती चरणों में एक साथ आने लगे, तो पानी वास्तव में जीवन के लिए एक बाधा था।
कारण आश्चर्यजनक रूप से सरल है: पानी की उपस्थिति रासायनिक यौगिकों को पानी खोने से रोकती है। उदाहरण के लिए, प्रोटीन लें, जो आपके शरीर को बनाने वाले जैविक अणुओं के मुख्य वर्गों में से एक हैं। प्रोटीन, संक्षेप में, रासायनिक बंधों द्वारा एक साथ जुड़े अमीनो एसिड की श्रृंखला हैं। ये बंधन एक के माध्यम से बनते हैं संघनन प्रतिक्रिया जिसके परिणामस्वरूप पानी के एक अणु की हानि होती है। अनिवार्य रूप से, प्रोटीन बनाने के लिए अमीनो एसिड को "शुष्क" होने की आवश्यकता होती है।
यह मानते हुए कि जीवन से पहले पृथ्वी थी पानी में ढका हुआ, यह एक था बड़ी समस्या जीवन के लिए आवश्यक प्रोटीन बनाने के लिए। एक स्विमिंग पूल के अंदर सूखने की कोशिश करने की तरह, दो अमीनो एसिड को एक साथ आने के लिए पानी खोने में कठिन समय लगता होगा आदिम सूप प्रारंभिक पृथ्वी का। और यह केवल प्रोटीन ही नहीं था जिसने पानी की उपस्थिति में इस समस्या का सामना किया: डीएनए और जटिल शर्करा सहित जीवन के लिए आवश्यक अन्य जैव-अणु भी संघनन प्रतिक्रियाओं पर निर्भर करते हैं और पानी को बनाने के लिए खो देते हैं।
वर्षों से, शोधकर्ताओं ने इस "जल विरोधाभास" के कई समाधान प्रस्तावित किए हैं। उनमें से अधिकांश शुरुआती पृथ्वी पर बहुत विशिष्ट परिदृश्यों पर भरोसा करते हैं जो पानी को हटाने की अनुमति दे सकते थे। इसमे शामिल है सुखाने वाले पोखर, खनिज सतहों, हॉट स्प्रिंग्स और जल उष्मा, दूसरों के बीच में। ये समाधान, जबकि प्रशंसनीय हैं, विशेष भूगर्भीय और रासायनिक स्थितियों की आवश्यकता होती है जो सामान्य नहीं हो सकते थे।
हमारे में हाल के एक अध्ययन, मेरे सहयोगियों और मैं जल विरोधाभास का एक सरल और अधिक सामान्य समाधान मिला। काफी विडंबना यह है कि यह पानी ही हो सकता है - या अधिक सटीक होने के लिए, बहुत छोटी पानी की बूंदें - जिसने शुरुआती जैव-अणुओं को बनाने की अनुमति दी।
माइक्रोड्रॉपलेट्स क्यों?
पानी की बूंदें हर जगह हैं, आधुनिक दुनिया में और विशेष रूप से प्रीबायोटिक (या पूर्व-जीवन) पृथ्वी के दौरान। दुर्घटनाग्रस्त लहरों और प्रचंड ज्वार से आच्छादित एक ग्रह में, पानी की छोटी बूंदें अंदर आती हैं समुद्री स्प्रे और अन्य एरोसोल के लिए प्रशंसनीय रूप से एक सरल और प्रचुर स्थान प्रदान करेगा इकट्ठा करने के लिए पहले बायोमोलेक्यूल्स.
पानी की सूक्ष्म बूंदें—आम तौर पर व्यास वाली बहुत छोटी बूंदें एक मीटर का लगभग एक लाखवाँ भाग, से बहुत छोटा है मकड़ी रेशम का व्यास- पहली बार में पानी के विरोधाभास को हल करने के लिए प्रतीत नहीं हो सकता है, जब तक कि आप उनके द्वारा बनाए गए विशेष रासायनिक वातावरण पर विचार न करें।
माइक्रोड्रॉपलेट्स का पर्याप्त सतह क्षेत्र-से-आयतन अनुपात होता है छोटी बूंद जितनी बड़ी होती है. इसका मतलब यह है कि एक महत्वपूर्ण स्थान है जहां वे जिस विलायक से बने हैं (इस मामले में, पानी) और जिस माध्यम से वे घिरे हुए हैं (इस मामले में, हवा) मिलते हैं।
वर्षों से, शोधकर्ताओं ने दिखाया है कि वायु-जल इंटरफ़ेस एक अद्वितीय रासायनिक वातावरण है। इन माइक्रोड्रॉपलेट इंटरफेस की केमिस्ट्री का बोलबाला है बड़े विद्युत क्षेत्र, आंशिक समाधान जहां अणु आंशिक रूप से पानी से घिरे होते हैं, अत्यधिक प्रतिक्रियाशील अणु, तथा बहुत अधिक अम्लता. ये सभी कारक माइक्रोड्रॉपलेट्स को उनमें होने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं को तेज करने की अनुमति देते हैं।
हमारी प्रयोगशाला a के लिए माइक्रोड्रॉपलेट्स का अध्ययन कर रहा है दशक, और हमारे पिछले काम ने दिखाया है कि आम रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर को कैसे बढ़ाया जा सकता है लाख बार माइक्रोड्रॉपलेट्स में तेज। जिन प्रतिक्रियाओं में एक पूरा दिन लग जाता था, वे अब इन छोटी-छोटी बूंदों के उपयोग से एक सेकंड के एक अंश में पूरी हो सकती हैं।
In हमारा हालिया काम, हमने प्रस्तावित किया कि माइक्रोड्रॉपलेट्स पानी के विरोधाभास का समाधान हो सकता है क्योंकि उनका वायु-जल इंटरफ़ेस न केवल प्रतिक्रियाओं को तेज करता है बल्कि "सुखाने वाली सतह" के रूप में भी कार्य करता है जो पानी की उपस्थिति के बावजूद जैव-अणुओं को बनाने के लिए आवश्यक प्रतिक्रियाओं को सुविधाजनक बनाता है।
हमने पानी की सूक्ष्म बूंदों में घुले हुए अमीनो एसिड का छिड़काव करके इस सिद्धांत का परीक्षण किया मास स्पेक्ट्रोमीटर, एक उपकरण जिसका उपयोग रासायनिक प्रतिक्रिया के उत्पादों का विश्लेषण करने के लिए किया जा सकता है। हमने पाया कि दो अमीनो एसिड पानी की उपस्थिति में सूक्ष्म बूंदों के माध्यम से सफलतापूर्वक एक साथ जुड़ सकते हैं। जब हमने अधिक अमीनो एसिड जोड़े और इस मिश्रण के दो स्प्रे आपस में टकराए, प्रीबायोटिक दुनिया में दुर्घटनाग्रस्त तरंगों की नकल करते हुए, हमने पाया कि यह छह अमीनो एसिड तक की छोटी पेप्टाइड श्रृंखला बना सकता है।
हमारे निष्कर्ष बताते हैं कि समुद्री स्प्रे या वायुमंडलीय एरोसोल जैसी सेटिंग्स में पानी के माइक्रोड्रॉपलेट प्रारंभिक पृथ्वी में मौलिक माइक्रोरिएक्टर थे। दूसरे शब्दों में, माइक्रोड्रॉपलेट्स ने एक रासायनिक माध्यम प्रदान किया हो सकता है जिसने जीवन के मूल अणुओं को सरल, छोटे यौगिकों से बनाने की अनुमति दी हो, जो कि ग्रह को कवर करने वाले विशाल प्रारंभिक महासागर में घुल गए हों।
माइक्रोड्रॉपलेट्स पास्ट एंड फ्यूचर
कई वैज्ञानिक क्षेत्रों में वर्तमान चुनौतियों से निपटने में माइक्रोड्रॉपलेट्स का रसायन सहायक हो सकता है।
उदाहरण के लिए, दवा की खोज के लिए संभावित नई दवा खोजने के लिए सैकड़ों हजारों यौगिकों के संश्लेषण और परीक्षण की आवश्यकता होती है। संश्लेषण दर को तेज करने के लिए माइक्रोड्रॉपलेट प्रतिक्रियाओं की शक्ति को स्वचालन और नए उपकरणों के साथ एकीकृत किया जा सकता है प्रति सेकंड एक से अधिक प्रतिक्रिया और जैविक विश्लेषण प्रति नमूने एक सेकंड से भी कम।
इस तरह, वही घटना जिसने अरबों साल पहले जीवन के निर्माण खंडों की उत्पत्ति में मदद की होगी, अब वैज्ञानिकों को नई दवाओं और सामग्रियों को तेजी से और अधिक कुशलता से विकसित करने में मदद कर सकती है।
शायद JRR Tolkien सही था जब उसने लिखा: "अक्सर ऐसे कर्म होते हैं जो दुनिया के पहियों को घुमाते हैं: छोटे हाथ उन्हें करते हैं क्योंकि उन्हें करना चाहिए, जबकि महान लोगों की आंखें कहीं और होती हैं।"
मेरा मानना है कि इन छोटी बूंदों का महत्व उनके छोटे आकार से कहीं अधिक बड़ा है।
इस लेख से पुन: प्रकाशित किया गया है वार्तालाप क्रिएटिव कॉमन्स लाइसेंस के तहत। को पढ़िए मूल लेख.
