Proses wat gelei het tot die eerste organiese molekules

Alle lewe op aarde is gebou van organiese molekules, verbindings gemaak van koolstofatome gebind aan atome van ander elemente soos waterstof, stikstof en suurstof. In die moderne lewe, die meeste van hierdie organiese molekules ontstaan ​​van die vermindering van koolstofdioksied (CO2) deur middel van verskeie "koolstof-fiksasie" paaie (soos fotosintese in plante). Maar die meeste van hierdie paaie óf energie uit die sel vereis ten einde werk, of gedink relatief laat om ontwikkel het. So hoe het die eerste organiese molekules ontstaan, voor die ontstaan ​​van lewe?

Om hierdie vraag te pak, Museum Gerstner Wetenskap Victor Sojo en Ruben Hudson van die Kollege van die Atlantiese Oseaan in Maine uitgedink 'n roman opstel gebaseer op microfluidic reaktors, klein self-vervat laboratoriums wat toelaat dat wetenskaplikes om die gedrag van vloeistowwe bestudeer, en in hierdie geval, gasse sowel, op die micro. Vorige weergawes van die reaktor probeer bel van waterstofgas en CO2 meng in vloeistof, maar geen vermindering plaasgevind het, moontlik omdat die hoogs vlugtige waterstofgas ontsnap voordat dit 'n kans om te reageer het. Die oplossing het in gesprekke tussen Sojo en Hudson, wat 'n laboratorium bank by die Riken Sentrum vir Volhoubare Wetenskap Hulpbron in Saitama, Japan gedeel. Die finale reaktor gebou in laboratorium Hudson se in Maine.

"In plaas van borrelende die gasse in die vloeistof voor die reaksie, die belangrikste innovasie van die nuwe reaktor is dat die vloeistowwe word gedryf deur die gasse self, so daar is baie min kans vir hulle om te ontsnap," het Hudson.

Die navorsers het hul ontwerp om waterstof te kombineer met CO2 om 'n organiese molekule genoem mieresuur (HCOOH) produseer. Dit sintetiese proses lyk die enigste bekende CO2-fiksering pad wat nie 'n aanbod van energie algehele, bekend as die Wood-Ljungdahl asetiel-KoA pad vereis. Op sy beurt het hierdie proses lyk reaksies wat kan geneem in antieke oseaniese hidrotermale vents.

"Die gevolge uit te brei ver buite ons eie biosfeer," sê Sojo. "Soortgelyke hidrotermale stelsels kan vandag bestaan ​​elders in die sonnestelsel, mees opvallend in Enceladus en Europa, mane van Saturnus en Jupiter, onderskeidelik, en so voorspelbaar in ander water rotsagtige wêrelde in die hele heelal."

"Verstaan ​​hoe koolstofdioksied onder ligte geologiese toestande kan verminder is belangrik vir die evaluering van die moontlikheid van 'n oorsprong van lewe op ander wêrelde, wat hom voed in die begrip van hoe gewone of skaars lewe kan wees in die heelal," het Laurie Barge van NASA se Jet Propulsion laboratorium, 'n skrywer van die studie.

Die navorsers het CO2 in organiese molekules met behulp van relatief milde voorwaardes, wat beteken dat die bevindinge kan ook relevansie vir die omgewing chemie. In die aangesig van die deurlopende klimaat krisis, daar is 'n voortdurende soeke na nuwe metodes van vermindering van CO2.

"Die resultate van hierdie vraestel touch op verskeie temas: van die begrip van die oorsprong van metabolisme, die geochemie dat die waterstof en koolstof siklusse op aarde onderlê, en ook om groen chemie aansoeke, waar die bio-geo-geïnspireerde werk kan help bevorder chemiese reaksies onder matige toestande, "het Shawn E. McGlynn, ook 'n skrywer van die studie, gebaseer op die Tokio Instituut van Tegnologie.

Ander skrywers op hierdie studie sluit Ruvan de Graaf en Mari Strandoo Rodin van die Kollege van die Atlantiese Oseaan, Aya Ohno van die Riken Sentrum vir Volhoubare Wetenskap Hulpbron in Japan, Nick Lane van die University College London, Yoichi MA Yamada van Riken, Ryuhei Nakamura van Riken en Tokio Instituut van Tegnologie, en Dieter Braun van Ludwig-Maximilians Universiteit in München.

Hierdie werk is in deel deur NASA se Maine Space Grant Consortium (SG-19-14 en SG-20-19), die Amerikaanse National Science Foundation (1415189 en 1724300), die Japan Vereniging vir die Bevordering van Wetenskap (FY2016-IE: 16047 en FY2016-PE-16721), die National Institutes of Nasionale Instituut Gesondheid se Algemene Mediese Wetenskappe (P20GM103423), die Europese Molekulêre Biologie Organisasie (ALTF- 725 1455-2015), die Instituut vir Gevorderde Navorsing in Berlyn, en die Gerstner Familie Stigting.