[/rubrik]
Från University of Arizona
Det första experimentella beviset som visar hur atmosfäriskt kväve kan införlivas i organiska makromolekyler rapporteras av ett team från University of Arizona. Fyndet indikerar vilka organiska molekyler som kan hittas på Titan, Saturnus måne som forskare tror är en modell för kemin av jorden före livet.
Jorden och Titan är de enda kända kropparna i planetstorlek som har tjocka, övervägande kväveatmosfärer, sa Hiroshi Imanaka, som genomförde forskningen medan han var medlem av UAs kemi- och biokemiavdelning.
Hur komplexa organiska molekyler blir kväve i miljöer som tidig jorden eller Titans atmosfär är ett stort mysterium, sa Imanaka.
'Titan är så intressant eftersom dess kvävedominerade atmosfär och organiska kemi kan ge oss en ledtråd till livets ursprung på vår jord', säger Imanaka, nu en assisterande forskare vid UA:s Lunar and Planetary Laboratory. 'Kväve är en viktig del av livet.'
Men inte vilket kväve som helst duger. Kvävgas måste omvandlas till en mer kemiskt aktiv form av kväve som kan driva de reaktioner som ligger till grund för biologiska system.
Imanaka och Mark Smith omvandlade en kväve-metangasblandning som liknar Titans atmosfär till en samling kvävehaltiga organiska molekyler genom att bestråla gasen med UV-strålar med hög energi. Laboratorieuppsättningen utformades för att efterlikna hur solstrålning påverkar Titans atmosfär.
Det mesta av kvävet flyttade direkt till fasta föreningar, snarare än gasformiga, sa Smith, professor i UA och chef för kemi och biokemi. Tidigare modeller förutspådde att kvävet skulle gå från gasformiga föreningar till fasta i en längre stegvis process.
Titan ser orange ut eftersom en smog av organiska molekyler omsluter planeten. Partiklarna i smogen kommer så småningom att slå sig ner till ytan och kan utsättas för förhållanden som kan skapa liv, säger Imanaka, som också är huvudutredare vid SETI Institute i Mountain View, Kalifornien.
Men forskare vet inte om Titans smogpartiklar innehåller kväve. Om några av partiklarna är samma kväveinnehållande organiska molekyler som UA-teamet skapade i laboratoriet, är förhållanden som främjar liv mer sannolikt, sa Smith.
Laboratorieobservationer som dessa indikerar vad nästa rymduppdrag bör leta efter och vilka instrument som bör utvecklas för att hjälpa till i sökandet, sa Smith.
Imanaka och Smiths artikel, 'Formation of nitrogenated organic aerosos in the Titan övre atmosfär', är planerad att publiceras i Early Online-upplagan av Proceedings of the National Academy of Sciences veckan den 28 juni. NASA gav finansiering till forskningen.
UA-forskarna ville simulera förhållanden i Titans tunna övre atmosfär eftersom resultat från Cassini-uppdraget visade att 'extrem UV'-strålning som träffade atmosfären skapade komplexa organiska molekyler.
Därför använde Imanaka och Smith den avancerade ljuskällan vid Lawrence Berkeley National Laboratorys synkroton i Berkeley, Kalifornien, för att skjuta in UV-ljus med hög energi i en cylinder av rostfritt stål som innehåller kväve- och metangas som hålls vid mycket lågt tryck.
Forskarna använde en masspektrometer för att analysera kemikalierna som blev resultatet av strålningen.
Hur enkelt det än låter så är det komplicerat att installera experimentutrustningen. Själva UV-ljuset måste passera genom en serie vakuumkammare på väg in i gaskammaren.
Många forskare vill använda den avancerade ljuskällan, så konkurrensen om tiden på instrumentet är hård. Imanaka och Smith tilldelades en eller två tidsluckor per år, som var och en var för åtta timmar om dagen i endast fem till tio dagar.
För varje tidslucka var Imanaka och Smith tvungna att packa all experimentell utrustning i en skåpbil, köra till Berkeley, ställa in den delikata utrustningen och starta en intensiv serie experiment. De arbetade ibland mer än 48 timmar i sträck för att få ut maximalt av sin tid på den avancerade ljuskällan. Att slutföra alla nödvändiga experiment tog år.
Det var nervöst, sa Imanaka: 'Om vi bara missar en skruv, förstör det vår stråletid.'
I början analyserade han bara gaserna från cylindern. Men han upptäckte inga kvävehaltiga organiska föreningar.
Imanaka och Smith trodde att det var något fel i experimentupplägget, så de anpassade systemet. Men fortfarande inget kväve.
'Det var ett ganska mysterium,' sa Imanaka, tidningens första författare. 'Vart tog kvävet vägen?'
Slutligen samlade de två forskarna de bruna bitarna som samlades på cylinderväggen och analyserade det med vad Imanaka kallade 'den mest sofistikerade masspektrometertekniken.'
Imanaka sa, 'Då hittade jag äntligen kvävet!'
Imanaka och Smith misstänker att sådana föreningar bildas i Titans övre atmosfär och så småningom faller till Titans yta. Väl på ytan bidrar de till en miljö som bidrar till livets utveckling.