蘇黎世聯邦理工學院（ETH）和日內瓦大學（University of Geneva）的科學家們開發出一種新技術，能夠以極高的時間分辨率觀察液體中發生的化學反應。這項創新使他們能夠跟踪分子在短短幾飛秒（換句話說，幾萬億分之一秒）內的變化情況。

研究人員開發出一種觀察液體中化學反應的新方法，揭示了涉及尿素等分子的反應，這些分子可能促成了地球生命的出現。這項技術涉及一種能產生細小液體射流的特殊儀器和X 射線光譜學，使科學家們能夠研究在短短飛秒內發生的反應。這一突破是在蘇黎世聯邦理工學院物理化學教授漢斯-雅各布-沃納（Hans Jakob Wörner）領導的同一研究小組先前研究的基礎上取得的。這項工作針對在氣體環境中發生的反應得出了類似的結果。

為了將X 射線光譜觀測擴展到液體，研究人員必須設計一種儀器，能夠在真空中產生直徑小於一微米的液體射流。這一點至關重要，因為如果射流再寬一些，就會吸收部分用於測量的X 射線。利用這種新方法，研究人員得以深入了解地球上生命出現的過程。許多科學家認為，尿素在其中發揮了關鍵作用。尿素是含有碳和氮的最簡單分子之一。更重要的是，尿素極有可能在地球非常年輕的時候就已經存在，20 世紀50 年代的一項著名實驗也表明了這一點： 美國科學家斯坦利-米勒（Stanley Miller）調製了一種據信構成地球原始大氣層的氣體混合物，並將其暴露在雷暴條件下。這產生了一系列分子，其中之一就是尿素。根據目前的理論，尿素可能已經富集在當時沒有生命的地球上的溫暖水坑中–通常稱為原始湯。隨著湯中水分的蒸發，尿素的濃度也隨之增加。在宇宙射線等電離輻射的作用下，這些濃縮的尿素有可能經過多個合成步驟產生丙二酸。反過來，這可能產生了RNA 和DNA 的組成元素。蘇黎世聯邦理工學院和日內瓦大學的研究人員利用他們的新方法，研究了這一長串化學反應的第一步，以找出濃縮尿素溶液在電離輻射下的表現。要知道，濃尿素溶液中的尿素分子會自行成對，即所謂的二聚體。研究人員現在已經能夠證明，電離輻射會導致每個二聚體中的一個氫原子從一個尿素分子移動到另一個。這樣，一個脲分子就變成了質子化的脲分子，而另一個脲分子則變成了脲自由基。後者俱有很高的化學反應活性–事實上，它的反應活性非常高，很有可能與其他分子發生反應，從而形成丙二酸。研究人員還設法證明，氫原子的這種轉移發生得非常快，大約只需要150 飛秒，即150 四十億分之一秒。Wörner說：”這個反應速度如此之快，以至於理論上可能發生的所有其他反應都會被這個反應所取代。這就解釋了為什麼濃縮尿素溶液會產生尿素自由基，而不是承載會產生其他分子的其他反應。”Wörner 和他的同事們希望研究導致丙二酸形成的下一個步驟，希望這將有助於他們了解地球生命的起源。至於他們的新方法，一般也可用於研究液體中化學反應的精確順序。”一系列重要的化學反應都發生在液體中，不僅包括人體中的所有生化過程，還包括與工業相關的大量化學合成，”沃納說。”這就是為什麼我們現在擴大了高時間分辨率X 射線光譜的範圍，將液體中的反應也包括在內，這一點非常重要”。