یہ ایک ہے مارکس کا اختلاف: زندگی کو زندہ رہنے کے لیے پانی کی ضرورت ہوتی ہے، لیکن پانی سے بھری دنیا وہ حیاتیاتی مالیکیول پیدا نہیں کر سکتی جو ابتدائی زندگی کے لیے ضروری ہوتے۔ یا تو محققین نے سوچا۔
پانی ہر طرف ہے۔ انسانی جسم کا بیشتر حصہ اس سے بنا ہے، سیارے زمین کا زیادہ تر حصہ اس کا احاطہ کرتا ہے، اور انسان ایک سے زیادہ زندہ نہیں رہ سکتے اسے پیئے بغیر دو دن. پانی کے مالیکیولز ہوتے ہیں۔ انوکھی خصوصیات جو انہیں آپ کے جسم میں مرکبات کو تحلیل کرنے اور منتقل کرنے، آپ کے خلیات کو ساخت فراہم کرنے اور آپ کے درجہ حرارت کو منظم کرنے کی اجازت دیتا ہے۔ درحقیقت، بنیادی کیمیائی رد عمل جو زندگی کو فعال بناتے ہیں جیسا کہ ہم جانتے ہیں کہ اس کے لیے پانی کی ضرورت ہوتی ہے، فوٹوگرافی ایک مثال ہے.
تاہم، جب پروٹین اور ڈی این اے جیسے پہلے حیاتیاتی مالیکیول سیارہ زمین کے ابتدائی مراحل میں اکٹھے ہونے لگے تو پانی دراصل زندگی کی راہ میں رکاوٹ تھا۔
اس کی وجہ حیران کن حد تک آسان ہے: پانی کی موجودگی کیمیائی مرکبات کو پانی کے ضائع ہونے سے روکتی ہے۔ مثال کے طور پر، پروٹین لیں، جو آپ کے جسم کو بنانے والے حیاتیاتی مالیکیولز کے اہم طبقوں میں سے ایک ہیں۔ پروٹینز، جوہر میں، امینو ایسڈ کی زنجیریں ہیں جو کیمیکل بانڈز کے ذریعے آپس میں جڑی ہوئی ہیں۔ یہ بانڈز a کے ذریعے بنتے ہیں۔ سنکشیپن ردعمل جس کے نتیجے میں پانی کا مالیکیول ختم ہو جاتا ہے۔ بنیادی طور پر، امینو ایسڈ کو پروٹین بنانے کے لیے "خشک" حاصل کرنے کی ضرورت ہوتی ہے۔
زندگی سے پہلے زمین پر غور کرنا پانی میں ڈھکا ہوا, یہ ایک تھا بڑا مسئلہ پروٹین کو زندگی کے لیے ضروری بنانے کے لیے۔ سوئمنگ پول کے اندر خشک ہونے کی کوشش کی طرح، دو امائنو ایسڈز کو پانی میں اکٹھا ہونے میں دشواری کا سامنا کرنا پڑتا۔ ابتدائی سوپ ابتدائی زمین کی. اور یہ صرف پروٹین ہی نہیں تھے جنہوں نے پانی کی موجودگی میں اس مسئلے کا سامنا کیا: زندگی کے لیے ضروری دیگر حیاتیاتی مالیکیولز، بشمول ڈی این اے اور پیچیدہ شکر، بھی گاڑھا ہونے کے رد عمل پر انحصار کرتے ہیں اور پانی کی تشکیل کے لیے کھوتے ہیں۔
سالوں کے دوران، محققین نے اس "واٹر پیراڈوکس" کے بہت سے حل تجویز کیے ہیں۔ ان میں سے زیادہ تر ابتدائی زمین پر انتہائی مخصوص منظرناموں پر انحصار کرتے ہیں جو پانی کو ہٹانے کی اجازت دے سکتے تھے۔ یہ شامل ہیں puddles خشک, معدنی سطحیں, گرم چشموں اور ہائیڈرولیٹل وینٹ، دوسروں کے درمیان. یہ حل، جب کہ قابل فہم ہیں، خاص ارضیاتی اور کیمیائی حالات کی ضرورت ہوتی ہے جو شاید عام نہیں ہوتیں۔
ہمارے میں حالیہ تحقیق, میرے ساتھی اور میں پانی کے تضاد کا ایک آسان اور عام حل تلاش کیا۔ کافی ستم ظریفی یہ ہے کہ یہ خود پانی ہو سکتا ہے — یا زیادہ درست، پانی کی بہت چھوٹی بوندیں — جو ابتدائی بائیو مالیکیولز کو بننے دیتی ہیں۔
Microdroplets کیوں؟
پانی کی بوندیں ہر جگہ موجود ہیں، دونوں جدید دنیا میں اور خاص طور پر پری بائیوٹک (یا پری لائف) زمین کے دوران۔ طوفانی لہروں اور تیز لہروں سے ڈھکے ہوئے سیارے میں، پانی کی چھوٹی بوندیں اندر آتی ہیں۔ سمندری سپرے اور دیگر ایروسول ممکنہ طور پر کے لئے ایک سادہ اور پرچر جگہ فراہم کی ہوگی۔ جمع ہونے والے پہلے بائیو مالیکیولز.
پانی کے مائیکرو ڈراپلیٹس - عام طور پر قطر کے ساتھ بہت چھوٹی بوندیں۔ ایک میٹر کا ایک ملینواں حصہسے کہیں چھوٹا مکڑی کے ریشم کا قطر-سب سے پہلے پانی کے تضاد کو حل کرنے والا نہیں لگتا ہے، جب تک کہ آپ ان کے بنائے ہوئے خاص کیمیائی ماحول پر غور نہ کریں۔
Microdroplets میں سطح کے رقبہ سے حجم کا تناسب کافی ہوتا ہے۔ قطرہ جتنا چھوٹا ہوتا ہے بڑا ہوتا جاتا ہے۔. اس کا مطلب ہے کہ ایک اہم جگہ ہے جہاں وہ جس سالوینٹ سے بنے ہیں (اس معاملے میں، پانی) اور جس میڈیم سے وہ گھرے ہوئے ہیں (اس معاملے میں، ہوا) ملتے ہیں۔
سالوں کے دوران، محققین نے دکھایا ہے کہ ہوا اور پانی کا انٹرفیس ایک منفرد کیمیائی ماحول ہے۔ ان مائکروڈروپلیٹ انٹرفیس کی کیمسٹری کا غلبہ ہے۔ بڑے برقی میدان, جزوی حل جہاں مالیکیول جزوی طور پر پانی سے گھرے ہوتے ہیں، انتہائی رد عمل والے مالیکیولز، اور بہت زیادہ تیزابیت. یہ تمام عوامل مائکروڈروپلٹس کو ان میں ہونے والے کیمیائی رد عمل کو تیز کرنے کی اجازت دیتے ہیں۔
ہماری لیب a کے لیے مائیکرو ڈراپلیٹس کا مطالعہ کر رہا ہے۔ دہائی، اور ہمارے پچھلے کام نے دکھایا ہے کہ عام کیمیائی رد عمل کی شرح کو a تک کیسے بڑھایا جا سکتا ہے۔ ملین بار مائیکرو ڈراپلیٹس میں تیز۔ ان چھوٹے قطروں کا استعمال کرتے ہوئے جو رد عمل پورے دن میں ہوتا تھا وہ اب ایک سیکنڈ کے صرف ایک حصے میں مکمل ہو سکتا ہے۔
In ہمارا حالیہ کام، ہم نے تجویز کیا کہ مائکروڈروپلٹس پانی کے تضاد کا حل ہوسکتے ہیں کیونکہ ان کا ہوا پانی کا انٹرفیس نہ صرف رد عمل کو تیز کرتا ہے بلکہ ایک "خشک سطح" کے طور پر بھی کام کرتا ہے جو پانی کی موجودگی کے باوجود بائیو مالیکیول بنانے کے لئے درکار رد عمل کو آسان بناتا ہے۔
ہم نے اس تھیوری کو پانی کے مائیکرو ڈراپلیٹس میں تحلیل شدہ امینو ایسڈ کو a کی طرف چھڑک کر آزمایا بڑے پیمانے پر سپیکٹومیٹر، ایک ایسا آلہ جو کیمیائی رد عمل کی مصنوعات کا تجزیہ کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ ہم نے پایا کہ دو امینو ایسڈز پانی کی موجودگی میں مائیکرو ڈراپلیٹس کے ذریعے کامیابی سے آپس میں مل سکتے ہیں۔ جب ہم نے مزید امینو ایسڈز شامل کیے اور اس مکسچر کے دو اسپرے آپس میں ٹکرائے، پری بائیوٹک دنیا میں کریش ہونے والی لہروں کی نقل کرتے ہوئے، ہم نے پایا کہ یہ چھ امینو ایسڈز کی مختصر پیپٹائڈ چینز بنا سکتا ہے۔
ہمارے نتائج بتاتے ہیں کہ سمندری اسپرے یا وایمنڈلیی ایروسول جیسی ترتیبات میں پانی کے مائیکرو ڈراپلیٹ ابتدائی زمین میں بنیادی مائیکرو رییکٹر تھے۔ دوسرے لفظوں میں، مائیکروڈروپلیٹس نے ایک ایسا کیمیائی ذریعہ فراہم کیا ہو گا جس نے سیارے کو ڈھانپنے والے وسیع قدیم سمندر میں تحلیل ہونے والے سادہ، چھوٹے مرکبات سے زندگی کے بنیادی مالیکیولز کو تشکیل دیا ہو۔
Microdroplets ماضی اور مستقبل
مائیکرو ڈراپلیٹس کی کیمسٹری بہت سے سائنسی شعبوں میں موجودہ چیلنجوں سے نمٹنے میں مددگار ثابت ہو سکتی ہے۔
منشیات کی دریافت، مثال کے طور پر، ایک ممکنہ نئی دوا کو تلاش کرنے کے لیے سیکڑوں ہزاروں مرکبات کی ترکیب اور جانچ کی ضرورت ہوتی ہے۔ مائیکرو ڈراپلیٹ رد عمل کی طاقت کو آٹومیشن اور نئے ٹولز کے ساتھ مربوط کیا جا سکتا ہے تاکہ ترکیب کی شرح کو تیز کیا جا سکے۔ فی سیکنڈ ایک سے زیادہ ردعمل طور پر حیاتیاتی تجزیہ فی نمونہ ایک سیکنڈ سے بھی کم۔
اس طرح، وہی رجحان جس نے اربوں سال پہلے زندگی کی تعمیر کے بلاکس کی ابتدا میں مدد کی تھی، اب سائنسدانوں کو نئی ادویات اور مواد کو تیزی سے اور زیادہ مؤثر طریقے سے تیار کرنے میں مدد مل سکتی ہے۔
شاید JRR Tolkien ٹھیک تھا جب اس نے لکھا: "ایسے اعمال کا سلسلہ اکثر ہوتا ہے جو دنیا کے پہیوں کو حرکت دیتا ہے: چھوٹے ہاتھ یہ کام کرتے ہیں کیونکہ وہ ضروری ہیں، جب کہ عظیم کی آنکھیں کہیں اور ہوتی ہیں۔"
مجھے یقین ہے کہ ان چھوٹی بوندوں کی اہمیت ان کے چھوٹے سائز سے کہیں زیادہ ہے۔
یہ مضمون شائع کی گئی ہے گفتگو تخلیقی العام لائسنس کے تحت. پڑھو اصل مضمون.
