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Des scientifiques révèlent la biologie cellulaire inhabituelle à l’origine de la prolifération d’algues toxiques

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Des scientifiques révèlent la biologie cellulaire inhabituelle à l’origine de la prolifération d’algues toxiques

Les chercheurs ont pu reconstruire la forme 3D de chloroplastes individuels à partir de plusieurs centaines d’images. Crédit : Université d’Oldenbourg/Groupe de microbiologie générale et moléculaire

Un mécanisme de photosynthèse distinct caractérise un organisme unicellulaire présent dans les proliférations d'algues.

Quels sont les mécanismes cellulaires au sein des algues marines unicellulaires ? Classer Responsable du déclenchement de proliférations d’algues toxiques ? Un groupe de recherche sous la supervision du microbiologiste Prof. Dr. Ralf Rabus de l'Université d'Oldenbourg, en Allemagne, a réalisé les premières analyses détaillées de la biologie cellulaire inhabituelle des micro-organismes. Prorocentrum cordatumune espèce du groupe des dinoflagellés largement répandue à l'échelle mondiale, en utilisant à la fois des approches microscopiques et protéomiques avancées.

L'équipe a également rapporté dans la revue Science Physique végétalele Photosynthèse Le processus chez ces micro-organismes est organisé selon une configuration inhabituelle qui pourrait les aider à mieux s’adapter aux conditions changeantes de lumière dans les océans. Les résultats de l’étude pourraient permettre de mieux comprendre l’apparition de proliférations d’algues nuisibles, qui pourraient devenir plus fréquentes en raison du changement climatique.

Les dinoflagellés sont des organismes importants dans les écosystèmes marins et d'eau douce. Ces organismes unicellulaires constituent une grande partie du phytoplancton libre, qui constitue la base du réseau trophique des océans et des lacs. Certaines espèces, dont Prorocentrum cordatumIls peuvent se multiplier dans les eaux chaudes et riches en nutriments et former des algues nuisibles.

Prorocentrum

Coupe transversale d'une cellule de microalgue Prorocentrum cordatum. Noyau avec chromosomes à droite. Les chloroplastes en forme de tonneau occupent 40 pour cent du volume de la cellule. Crédit : Université d’Oldenbourg/Groupe de microbiologie générale et moléculaire

« Nous avons étudié cet organisme car malgré son importance écologique, sa biologie cellulaire et sa physiologie métabolique sont encore mal comprises », a déclaré Rabus. En plus d'étudier la photosynthèse des microalgues, les chercheurs ont également examiné la structure de leurs noyaux cellulaires et leur réponse au stress thermique en collaboration avec des équipes des universités de Hanovre, Braunschweig et Munich et ont présenté les résultats dans deux autres articles récemment publiés. .

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Les techniques d'imagerie avancées révèlent des structures cellulaires uniques

À l'aide d'un puissant microscope électronique à balayage doté d'un faisceau d'ions focalisé de l'Université Ludwig Maximilian de Munich, l'équipe dirigée par Rabus et l'auteur principal Jana Kalvilag de l'Institut de chimie et de biologie marine (ICBM) ont pu reconstruire l'architecture tridimensionnelle des chloroplastes. , où a lieu la photosynthèse. Les scientifiques ont pu générer environ 600 couches d’images d’une seule cellule d’algue, puis combiner les sections pour créer une image spatiale 3D haute résolution des organismes unicellulaires de forme ovale, dont la taille varie généralement de 10 à 20 millièmes. Millimètres de long. L'analyse a révélé ceci Prorocentrum cordatum Ils ne contiennent que des chloroplastes en forme de tonneau qui occupent 40 % de leur volume cellulaire.

Les analyses protéomiques (protéome) ont ensuite révélé des différences marquées entre l'appareil photosynthétique des microalgues et l'appareil photosynthétique des microalgues. Plante d'Arabidopsis thalianaC'est une plante modèle bien étudiée dans la recherche génétique. Chez les deux espèces, la photosynthèse a lieu dans des structures protéiques complexes intégrées dans le vaste système membranaire du chloroplaste.

Cependant, dans Prorocentrum cordatum L’équipe a observé que la conversion de l’énergie solaire en énergie biochimique se produit dans une grande structure composée de nombreuses protéines, connue sous le nom de « macrocomplexe », tandis que dans les chloroplastes des espèces végétales, les différentes étapes de la photosynthèse se déroulent dans des structures spatialement séparées. L'équipe l'a également signalé P. cordatum Il utilise un grand nombre de protéines liant les pigments différentes pour capter efficacement l’énergie solaire. « Cette diversité est une adaptation particulière aux conditions de lumière changeantes auxquelles l'organisme est exposé dans les océans », a expliqué Rabus.

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Explorer la complexité génétique et l’adaptabilité

Deux autres études publiées l'année dernière mettent en lumière la biologie inhabituelle des microalgues : dans la première étude, une équipe germano-australienne, dont faisaient également partie des chercheurs de l'ICBM, a découvert que ces organismes possèdent un très grand génome avec deux fois plus de paires de bases que humains. L’équipe a également découvert que les algues modifient leur métabolisme et ralentissent leur taux de croissance en réponse au stress thermique. Dans une deuxième publication, l'équipe dirigée par Rabus et Kalvilage a décrit le noyau cellulaire plus en détail et a rapporté P. cordatum Il contient 62 chromosomes, un nombre inhabituellement élevé qui remplit presque tout le noyau de la cellule. L'équipe a noté que la fonction d'une grande partie des protéines nucléaires identifiées par les chercheurs est actuellement inconnue.

« Nous avons étudié comment ces microalgues importantes fonctionnent au niveau moléculaire. Ces résultats constituent la base d'une meilleure compréhension de leur rôle dans l'environnement », a souligné Rabus. Il a expliqué que des recherches plus approfondies pourraient apporter des réponses à des questions telles que la manière dont le métabolisme de l'organisme interagit. avec d'autres facteurs de stress – Et pourquoi les espèces sont capables de s'adapter à un large éventail de conditions environnementales, depuis celles des tropiques jusqu'à celles des climats tempérés.

Référence : « Chloroplastes clairs avec complexe photosynthétique massif I/II dans le Prorocentrum cordatum marin » par Jana Kalvelage, Lars Volbrand, Jennifer Sinckler, Julian Schumacher, Noah Dietz, Kai Bischoff, Michael Winkelhofer, Andreas Klingel, Hans Peter Braun et Ralph Rabus, 08 février 2024, Physique végétale.
est ce que je: 10.1093/belvis/kiae052

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L'étude a été financée par la Fondation allemande pour la recherche.

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Un énorme monstre marin préhistorique plus grand que deux bus a été identifié après qu'une jeune fille britannique de 11 ans a trouvé des fossiles sur la plage de Somerset.

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Un énorme monstre marin préhistorique plus grand que deux bus a été identifié après qu'une jeune fille britannique de 11 ans a trouvé des fossiles sur la plage de Somerset.

Les fossiles découverts par une fillette de 11 ans sur une plage du Somerset appartiennent à… Le plus grand reptile marin de tous les tempsLes experts croient.

Ruby Reynolds – aujourd'hui âgée de 15 ans – a découvert les restes fossilisés d'une mâchoire massive de plus de deux mètres de long en 2020.

Les experts estiment que le monstre marin est l'un des plus grands reptiles marins de tous les temps.Crédit : PA
Ruby a trouvé les restes en cherchant des fossiles en 2020Crédit : PA
On estime que la créature mesure environ 25 mètres de long.Crédit : PA

Elle et son père, Justin Reynolds, ont trouvé la pièce lors d'une chasse aux fossiles dans le village côtier de Blue Anchor.

Les paléontologues affirment que les pièces appartiennent à un type de reptile océanique appelé ichtyosaure, et ils estiment qu'elles mesuraient environ 25 mètres de long, soit la taille de deux bus.

C'était incroyable de découvrir une partie de cet ichtyosaure géant. Je suis très fier d'avoir joué un rôle dans une découverte scientifique comme celle-ci

Robbie Reynolds

Cela équivaut également à la longueur d’une baleine bleue, ce qui en fait l’un des plus grands reptiles marins jamais enregistrés.

La créature préhistorique parcourait les mers il y a environ 202 millions d’années, à l’époque des dinosaures.

Une autre pièce a été trouvée par le chasseur de fossiles Paul de La Salle en 2016 le long de la côte du Somerset à Lillystock, qui était déjà à l'étude.

« Lorsque Robbie et moi avons trouvé les deux premières pièces, nous étions très excités car nous avons réalisé qu'il s'agissait de quelque chose d'important et d'inhabituel », a déclaré Reynolds.

« Quand j'ai trouvé l'arrière de la mâchoire, j'ai été ravi car c'est l'une des parties distinctives de la découverte précédente de Paul. »

Ruby a ajouté : « C’était incroyable de découvrir une partie de cet ichtyosaure géant. Je suis très fière d’avoir joué un rôle dans une découverte scientifique comme celle-ci. »

Le couple a contacté le Dr Dean Lomax, paléontologue à l'Université de Manchester, après avoir découvert un groupe de fossiles.

Les experts ont nommé la créature Ichthyotitan severnensis, ce qui signifie lézard poisson géant de Severn.

Un ancien calmar vampire trouvé en train d'attraper sa dernière proie après 183 millions d'années est une nouvelle espèce, a révélé une étude

Le Dr Lomax a déclaré : « J'ai été époustouflé par cette découverte. En 2018, mon équipe (dont Paul de La Salle) a étudié et décrit la mâchoire géante de Paul, et nous espérions qu'une autre découverte émergerait un jour.

« Ce nouveau spécimen est plus complet, mieux conservé et montre que nous disposons désormais de deux de ces os géants – appelés oblongata – qui ont une forme et une structure uniques.

« Je suis assez excité, c'est le moins qu'on puisse dire. »

Il a ajouté : « J’ai été très impressionné que Robbie et Justin aient correctement identifié cette découverte comme une autre énorme mâchoire d’ichtyosaure.

« Ils ont réalisé qu'il correspondait à celui que nous avions décrit en 2018. Je leur ai demandé s'ils souhaitaient rejoindre mon équipe pour étudier et décrire ce fossile, y compris le nommer. »

« Ils ont sauté sur l'occasion. Pour Ruby, en particulier, elle est maintenant une scientifique publiée qui a non seulement découvert, mais a également contribué à nommer une espèce de reptile préhistorique géant.

En savoir plus sur Irish Sun

« Il n'y a probablement pas beaucoup de jeunes de 15 ans qui peuvent dire ça. Peut-être que Mary Anning est en devenir. »

La nouvelle recherche a été publiée dans la revue Plos One.

Pourquoi les dinosaures ont-ils disparu ?

Voici ce que vous devez savoir…

  • L’effacement des dinosaures a été un événement d’extinction massive et soudain sur Terre.
  • Il a anéanti près des trois quarts des espèces végétales et animales de notre planète il y a environ 66 millions d'années.
  • Cet événement a marqué la fin du Crétacé et a ouvert l’ère Cénozoïque, dans laquelle nous nous trouvons aujourd’hui.
  • Les scientifiques pensent généralement qu’une comète ou un astéroïde massif d’environ 9 miles de diamètre est entré en collision avec la Terre, détruisant la planète.
  • Cet impact aurait déclenché un « effet hivernal » prolongé, endommageant gravement la vie végétale et la chaîne alimentaire qui en dépend.
  • Des recherches récentes suggèrent que cet impact a « déclenché » une activité volcanique importante, qui a également anéanti la vie.
  • Certaines recherches ont indiqué que le nombre de dinosaures était en fait en déclin à cause du changement climatique à cette époque.
  • Mais une étude publiée en mars 2019 affirme que les dinosaures « prospéraient » probablement avant l’extinction.
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Des chercheurs ont identifié un ichtyosaure qui pourrait être le plus grand reptile marin connu

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Des chercheurs ont identifié un ichtyosaure qui pourrait être le plus grand reptile marin connu

Les paléontologues ont identifié ce qui pourrait être le plus grand reptile marin connu.

Un père et sa fille ont découvert les restes fossilisés d'une énorme mâchoire mesurant plus de deux mètres de long sur une plage du Somerset.

Les os appartiennent aux mâchoires d'une nouvelle espèce d'ichtyosaure massif, un type de reptile marin préhistorique.

Les experts estiment que la créature géante mesurait plus de 25 mètres de long.

Ils pensent que le spécimen pourrait représenter le plus grand reptile marin jamais enregistré.

Lorsque Robbie et moi avons trouvé les deux premières pièces, nous étions très excités parce que nous savions que c'était quelque chose d'important et d'inhabituel.

En mai 2020, Justin et Robbie Reynolds de Braunton, Devon, ont découvert les premiers morceaux d'une deuxième mâchoire alors qu'ils recherchaient des fossiles sur la plage de Blue Anchor.

Ruby, alors âgée de 11 ans, a trouvé le premier morceau de l'os géant avant que les deux hommes ne cherchent ensemble d'autres morceaux.

Réalisant qu'ils avaient découvert quelque chose d'important, ils ont contacté le Dr Dean Lomax, paléontologue à l'Université de Manchester.

Le Dr Lomax a contacté Paul de La Salle, un collectionneur de fossiles expérimenté qui avait trouvé la première mâchoire géante en mai 2016 plus loin sur la côte, à Lilystock.

M. Reynolds a déclaré : « Lorsque Robbie et moi avons trouvé les deux premières pièces, nous étions très excités car nous savions que c'était quelque chose d'important et d'inhabituel.

« Quand j'ai trouvé l'arrière de la mâchoire, j'ai été ravi car c'est l'une des parties distinctives de la première découverte de Paul. »

READ  Un supercontinent qui pourrait anéantir presque tous les mammifères

Ruby a ajouté : « C'était incroyable de découvrir une partie de cet ichtyosaure géant. Je suis très fière d'avoir joué un rôle dans une découverte scientifique comme celle-ci.

«J'ai été étonné par cette découverte», a déclaré le Dr Lomax. En 2018, mon équipe (dont Paul de La Salle) a étudié et décrit la mâchoire géante de Paul, et nous espérions qu'un jour une autre verrait le jour.

« Ce nouveau spécimen est plus complet, mieux conservé et montre que nous disposons désormais de deux de ces os géants – appelés oblongata – qui ont une forme et une structure uniques.

« Je suis plutôt excité, c'est le moins qu'on puisse dire. »

Il a ajouté : « J’ai été très impressionné que Robbie et Justin aient correctement identifié cette découverte comme une autre énorme mâchoire d’ichtyosaure.

« Ils ont réalisé qu'il correspondait à celui que nous avions décrit en 2018. Je leur ai demandé s'ils souhaitaient rejoindre mon équipe pour étudier et décrire ce fossile, y compris le nommer. »

« Ils ont sauté sur l'occasion. Pour Ruby, en particulier, elle est maintenant une scientifique publiée qui a non seulement découvert, mais a également contribué à nommer une espèce de reptile préhistorique géant.

« Il n'y a probablement pas beaucoup de jeunes de 15 ans qui peuvent dire ça. Peut-être que Mary Anning est en devenir. »

Au fil du temps, l’équipe – y compris le duo père-fille – a trouvé d’autres pièces de la même mâchoire qui s’emboîtent parfaitement, comme un puzzle vieux de plusieurs millions d’années.

La dernière pièce a été découverte en octobre 2022.

Les chercheurs, dirigés par le Dr Lomax, ont révélé que les os de la mâchoire appartenaient à une nouvelle espèce d'ichtyosaure géant qui aurait eu la taille d'une baleine bleue.

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L’équipe a nommé la créature Ichthyotitan severnensis, ce qui signifie lézard poisson géant de Severn.

Datant de la fin du Trias, à l’époque dite rhétique, les ossements ont environ 202 millions d’années.

Des ichtyosaures géants nageaient dans les mers à cette époque, tandis que les dinosaures parcouraient les terres.

Mais les archives rocheuses et fossiles indiquent qu'après l'extinction massive mondiale au Trias supérieur, les ichtyosaures géants ont disparu, ce qui signifie que les os découverts dans l'étude représentent les plus récents de leur espèce.

L'étudiant à la maîtrise Marcelo Perillo, de l'Université de Bonn, en Allemagne, a mené des investigations plus approfondies et a découvert que l'animal était encore en croissance au moment de sa mort.

Il a déclaré : « Beaucoup de choses sur ces géants sont encore entourées de mystère, mais un fossile à la fois, nous pourrons percer leur secret. »

En conclusion des travaux, M. de La Salle a ajouté : « La conviction que ma découverte en 2016 suscitera autant d'intérêt pour ces énormes créatures me remplit de joie.

« Quand j'ai trouvé la première mâchoire, je savais que c'était quelque chose de spécial. En avoir une deuxième qui confirme nos découvertes est incroyable. Je suis tellement heureuse. »

La nouvelle recherche a été publiée dans la revue Plos One.

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Découvrez les secrets de la chimie spatiale

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Les cristaux coulombiens entourés de molécules sont utilisés au Laboratoire Lewandowski pour étudier les réactions astrochimiques. Crédit : Stephen Burroughs/Olivia Krohn et le groupe Lewandowski

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Les cristaux coulombiens entourés de molécules sont utilisés au Laboratoire Lewandowski pour étudier les réactions astrochimiques. Crédit : Stephen Burroughs/Olivia Krohn et le groupe Lewandowski

Même si cela ne semble pas être le cas, l’espace interstellaire entre les étoiles n’est pas du tout vide. Des atomes, des ions, des molécules et bien plus encore existent dans cet environnement éthéré connu sous le nom de milieu interstellaire (ISM). L’ISM fascine les scientifiques depuis des décennies, avec au moins 200 molécules uniques formées dans son environnement froid et basse pression. C'est un sujet qui relie les domaines de la chimie, de la physique et de l'astronomie, car les scientifiques de chaque domaine travaillent pour déterminer les types de réactions chimiques qui s'y produisent.

Passons maintenant à la couverture de l'article Journal de chimie physique AHeather Lewandowski, boursière de la JILA et professeure de physique à l'Université du Colorado à Boulder, et Olivia Krohn, ancienne étudiante diplômée de la JILA, mettent en avant leur travail visant à imiter les conditions ISM à l'aide de cristaux de Coulomb, une structure pseudo-cristalline froide, pour observer les ions et les molécules neutres interagir les uns avec les autres.

Grâce à leurs expériences, les chercheurs ont pu résoudre la dynamique chimique des réactions neutres des ions en utilisant le microrefroidissement laser et la spectrométrie de masse pour contrôler les états quantiques, leur permettant ainsi de simuler avec succès les réactions chimiques ISM. Leurs travaux rapprochent les scientifiques de la réponse à certaines des questions les plus profondes sur l’évolution chimique de l’univers.

Filtrage par énergie

« Ce domaine réfléchit depuis longtemps aux réactions chimiques qui seront les plus importantes pour nous renseigner sur la composition du milieu interstellaire », explique Cron, premier auteur de l'étude.

« Un groupe vraiment important est celui des interactions moléculaires neutres des ions. Et c'est exactement à cela que convient ce dispositif expérimental du groupe Lewandowski, non seulement pour étudier les interactions chimiques neutres des ions, mais également à des températures relativement froides. »

Pour commencer l'expérience, Krohn et d'autres membres du groupe de Levandowski ont chargé un piège à ions dans une chambre à très vide avec différents ions. Les molécules neutres ont été présentées séparément. Même s’ils savaient quels réactifs seraient utilisés dans une expérience chimique de type ISM, les chercheurs n’étaient pas toujours sûrs des produits qui seraient produits. En fonction de leur test, les chercheurs ont utilisé différents types d'ions et de molécules neutres similaires à ceux trouvés dans l'ISM. Cela inclut CCl+ Ions fragmentés de tétrachloroéthylène.

« CCl+ On s’attend à ce qu’il se situe dans différentes régions de l’espace. « Mais personne n'a pu tester efficacement son interaction par le biais d'expériences sur Terre, car c'est très difficile à réaliser », ajoute Krohn. « Il faut le décomposer du tétrachloroéthylène avec un laser ultraviolet. Cela crée toutes sortes de fragments ioniques, pas seulement du CCl. »+« Cela pourrait compliquer les choses. »

Soit en utilisant du calcium, soit du CCl+ Ions Le dispositif expérimental a permis aux chercheurs de filtrer les ions indésirables à l'aide d'une excitation résonante, laissant derrière eux les produits chimiques réactifs.

« Vous pouvez secouer le piège à une fréquence qui correspond au rapport masse/charge d'un ion particulier, ce qui le fait sortir du piège », explique Krohn.

Refroidissement laser pour former des cristaux coulombiens

Après filtration, les chercheurs ont refroidi leurs ions en utilisant un processus appelé refroidissement Doppler. Cette technologie utilise la lumière laser pour réduire le mouvement des atomes ou des ions, les refroidissant efficacement en exploitant l'effet Doppler pour ralentir préférentiellement le mouvement des molécules vers le laser de refroidissement.

Lorsque le refroidissement Doppler a abaissé la température des particules jusqu'à des niveaux millikelvins, les ions se sont organisés en une structure pseudo-cristalline, un cristal coulombien, maintenu en place par des champs électriques à l'intérieur de la chambre à vide. Le cristal coulombien résultant avait une forme ellipsoïde avec des particules plus lourdes reposant dans une coquille à l'extérieur des ions calcium, poussées hors du centre du piège par les particules plus légères en raison des différences dans les rapports masse/charge.

Grâce au piège profond contenant les ions, les cristaux coulombiens peuvent rester piégés pendant des heures, et Krohn et son équipe peuvent les imager dans ce piège. En analysant les images, les chercheurs ont pu identifier et surveiller l’interaction en temps réel, et voir les ions s’organiser en fonction de leurs rapports masse/charge.

L’équipe a également déterminé la dépendance de l’état quantique de l’interaction des ions calcium avec l’oxyde nitrique en affinant les lasers cryogéniques, ce qui a permis de produire des combinaisons relatives spécifiques d’états quantiques pour les ions calcium piégés.

« Ce qui est amusant, c'est qu'il tire parti de l'une des techniques les plus spécifiques de la physique atomique pour examiner les interactions quantiques, ce qui, je pense, constitue un peu plus le cœur de la physique dans les trois domaines : chimie, astronomie et physique. , même si les trois sont ce qu'ils sont toujours impliqués.

Le timing est primordial

Outre la filtration par piège et le refroidissement Doppler, une troisième technique expérimentale a aidé les chercheurs à simuler les interactions ISM : une configuration de spectrométrie de masse à temps de vol (TOF-MS). Dans cette partie de l’expérience, une impulsion à haute tension a accéléré les ions à travers le tube de vol, où ils ont heurté un détecteur à plaque à microcanaux. Les chercheurs ont pu identifier les particules dans le piège en fonction du temps nécessaire aux ions pour atteindre la plaque et de leurs techniques d'imagerie.

« Grâce à cela, nous avons pu réaliser deux études différentes dans lesquelles nous avons pu résoudre les masses adjacentes pour les ions réactifs et produits », ajoute Kron.

Ce troisième bras de l'appareil expérimental de la chimie ISM a encore amélioré la précision, car les chercheurs disposent désormais de plusieurs moyens pour identifier les produits créés dans les réactions de type ISM et leurs masses spécifiques.

Le calcul de la masse des produits potentiels était particulièrement important, car l’équipe était alors en mesure d’échanger les réactifs initiaux avec des isotopes de masses différentes et de voir ce qui se passait.

Comme l'explique Krohn : « Cela nous permet de jouer des tours sympas comme remplacer des atomes d'hydrogène par des atomes de deutérium ou remplacer différents atomes par des isotopes plus lourds. Lorsque nous faisons cela, nous pouvons voir par spectrométrie de masse à temps de vol comment nos produits ont changé, ce qui est le cas. nous donne plus de confiance dans nos connaissances sur la façon d'identifier ce que sont ces produits.

Étant donné que les astrochimistes ont observé plus de molécules contenant du deutérium dans l'ISM que ce que l'on pourrait attendre du rapport atomique deutérium/hydrogène observé, l'échange isotopique dans des expériences comme celle-ci permet aux chercheurs de faire un pas de plus vers la détermination de la raison.

« Je pense que, dans ce cas, cela nous permet d'avoir une bonne détection de ce que nous voyons », explique Krohn. « Cela ouvre plus de portes. »

Plus d'information:
OA Krohn et al., Interactions moléculaires ioniques froides dans l'environnement extrême d'un cristal coulombien, Journal de chimie physique A (2024). est ce que je: 10.1021/acs.jpca.3c07546

Informations sur les magazines :
Journal de chimie physique A


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