Το υπέρτατο ντοκιμαντέρ της φύσης, Scientists Produce Best Image Yet of Atoms Moving in Real Time

Mapping molecular motions -- the "magic" of chemistry revealed. Despite the enormous number of possible arrangements of atoms during a structural transition, such as occurs with changes in charge distribution or chemical processes, the interconversion from one structure to another reduces to a few key types of motions. This enormous reduction in dimensionality is what makes chemical concepts transferable from one molecule to another and has enabled chemists to synthesize nearly any molecule desired, for new drugs to infusing new material properties. This is a still image from a movie that gives a direct atomic level view of this enormous reduction in complexity. The specific trajectories along three different coordinates, as highlighted in the movie, are shown as projections (right view) on a cube. The key atomic motions can be mapped on to three highly simplified coordinates -- the magic of chemistry in its full atomic splendor. (Credit: Lai Chung Liu, University of Toronto)

Καναδοί, Γερμανοί και Ιάπωνες επιστήμονες κατάφεραν να παράγουν την καλύτερη μέχρι σήμερα απεικόνιση της κίνησης των ατόμων σε πραγματικό χρόνο, ρίχνοντας έτσι φως στα θεμέλια της χημείας και της βιολογίας σε ατομικό επίπεδο.

Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον καθηγητή φυσικοχημείας Ντουέιν Μίλερ του πανεπιστημίου του Τορόντο, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό «Nature», κατέγραψαν σε ταινία άμεσα το μεταβατικό στάδιο κατά το οποίο τα άτομα υφίστανται χημική τροποποίηση για να δημιουργήσουν νέες δομές με νέες ιδιότητες.

«Είναι η πρώτη ματιά στο πώς η χημεία και η βιολογία τελικά έχουν να κάνουν με λίγες μόνο κινήσεις-κλειδιά, ακόμα και για τα πιο πολύπλοκα συστήματα. Υπάρχει τρομερή μείωση της πολυπλοκότητας σε αυτό το καθοριστικό μεταβατικό στάδιο. Με αυτό τον τρόπο δημιουργούνται νέα φάρμακα ή νέα υλικά», δήλωσε ο Μίλερ.

Το νέο επίτευγμα βασίζεται σε έρευνες του ίδιου από το 2003, όταν για πρώτη φορά κατέστη εφικτό να παρατηρηθούν απευθείας οι κινήσεις των ατόμων, αν και τότε με πολύ μικρότερη ακρίβεια από ό,τι τώρα.

«Οι πρώτες ατομικές ‘ταινίες’ ήσαν πολύ ακατέργαστες, όπως οι πρώτες κινηματογραφικές ταινίες. Όμως οι νέες ταινίες είναι πολύ καθαρές και όμορφες, ιδίως αν σκεφτεί κανείς ότι πρόκειται για άτομα που μετακινούνται αστραπιαία. Τα βιντεοσκοπήσαμε με ένα απίστευτα γρήγορο ρυθμό, λιγότερο από ένα εκατομμυριοστό του εκατομμυριοστού του δευτερολέπτου ανά καρέ», όπως είπε ο αμερικανός ερευνητής.

Άλλες ερευνητικές ομάδες χρησιμοποιούν ακτίνες-Χ για να συλλάβουν τις κινήσεις των ατόμων, αλλά η νέα καλύτερη τεχνική βασίζεται σε υπερβολικά φωτεινές πηγές ηλεκτρονίων. Οι επιστήμονες βρήκαν ένα τρόπο να υποχρεώσουν τα ηλεκτρόνια να δημιουργήσουν ένα πολύ βραχύ παλμό φωτός, αρκετά φωτεινό ώστε να φωτίσει τις κινήσεις των ατόμων ακριβώς τη στιγμή που αυτές λαμβάνουν χώρα. Τα ηλεκτρόνια αλληλεπιδρούν με τα άτομα ένα εκατομμύριο φορές περισσότερο από ό,τι οι ακτίνες-Χ και μπορούν να παραχθούν ακόμα με ένα κατάλληλο επιτραπέζιο όργανο.