Ein Prozess, der zum ersten organischen Molekülen geführt habe

Alles Leben auf der Erde ist aus organischen Molekülen, aufgebaut aus Verbindungen von Kohlenstoffatomen zu Atomen von anderen Elementen, wie beispielsweise Wasserstoff, Stickstoff und Sauerstoff gebunden ist. In modernen Lebens, stammen die meisten dieser organischen Moleküle aus der Reduktion von Kohlendioxid (CO2) durch mehrere „Kohlenstoff-Fixierung“ Wege (wie beispielsweise die Photosynthese in Pflanzen). Aber die meisten dieser Wege entweder Energie aus der Zelle, um Arbeit erfordern, oder wurden gedacht, um relativ spät entwickelt. Wie haben die ersten organischen Moleküle entstehen, vor der Entstehung des Lebens?

Um diese Frage anzugehen, Museum Gerstner Scholar Victor Sojo und Reuben Hudson vom College of the Atlantic in Maine entwickelten einen neuartigen Aufbau auf Basis von Mikrofluidik-Reaktoren, winzigem umluftunabhängigem Labor, die Wissenschaftler ermöglichen, das Verhalten von Flüssigkeiten zu studieren, und in diesem Fall, Gas als auch, auf der Mikroskala. Frühere Versionen des Reaktors versuchten Blasen aus Wasserstoffgas und CO2 in Flüssigkeit zu vermischen, aber keine Reduktion aufgetreten, möglicherweise, weil das sehr volatile Wasserstoffgas entkommen, bevor es eine Chance hatte zu reagieren. Die Lösung kam in Gesprächen zwischen Sojo und Hudson, die einen Labortisch für eine nachhaltige Ressourcen Science in Saitama, Japan am RIKEN Zentrum geteilt. Der letzte Reaktor wurde in Hudson Labor in Maine gebaut.

„Statt die Gase innerhalb der Flüssigkeiten sprudeln vor der Reaktion, die wichtigste Neuerung des neuen Reaktors besteht darin, dass die Fluide durch die Gase selbst angetrieben werden, so dass es kaum eine Chance für sie, zu entkommen“, sagte Hudson.

Die Forscher verwendeten ihr Design Wasserstoff mit CO2 zu kombinieren, um ein organisches Molekül, Ameisensäure (HCOOH) genannt herzustellen. Dieses synthetische Verfahren ähnelt dem einzigen bekannten CO2-Fixierung Weg, der insgesamt die Holz Ljungdahl Acetyl-CoA-Weg genannt keine Energiezufuhr benötigen. Im Gegenzug ähnelt dieser Prozess Reaktionen, die in der alten ozeanischen hydrothermalen Quellen genommen haben könnte.

„Die Folgen weit über unsere eigene Biosphäre erweitern“, sagte Sojo. „Ähnliche hydrothermalen Systeme könnten heute anderswo im Sonnensystem, am deutlichsten in Enceladus und Europa, Monde von Saturn und Jupiter sind und so vorhersagbar in anderen wassern felsigen Welten im Universum existieren.“

„Verstehen, wie Kohlendioxid unter milden geologischen Bedingungen reduziert werden kann, ist wichtig für die Möglichkeit einer Entstehung des Lebens auf anderen Welten Auswertung, die das Verständnis speist darüber, wie häufig oder selten Leben im Universum sein kann“, fügt Laurie Barge von der NASA Jet Propulsion Labor, ein Autor der Studie.

Die Forscher wandte sich CO2 in organische Moleküle relativ milden Bedingungen verwendet wird, was bedeutet, dass die Ergebnisse auch Relevanz für Umweltchemie haben. Angesichts der anhaltenden Klimakrise gibt es eine ständige Suche nach neuen Methoden der CO2-Reduktion.

„Die Ergebnisse dieser Arbeit Berührung auf mehreren Themen: vom Verständnis der Ursprünge des Stoffwechsel, auf die Geochemie, den Wasserstoff und Kohlenstoffkreislauf auf der Erde, und auch auf dem grünen Chemie-Anwendungen zugrunde liegt, in dem die Bio-Geo-inspirierte Arbeit chemische fördern helfen unter milden Bedingungen Reaktionen“, ergänzt Shawn E. McGlynn, auch ein Autor der Studie, am Tokyo Institute of Technology.

Andere Autoren dieser Studie sind Ruvan de Graaf und Mari Strandoo Rodin aus dem College of the Atlantic, Aya Ohno vom RIKEN Center for Sustainable Resource Science in Japan, Nick Lane von der University College London, Yoichi MA Yamada von RIKEN, Ryuhei Nakamura von RIKEN und Tokyo Institute of Technology, und Dieter Braun von der Ludwig-Maximilians-Universität in München.

Diese Arbeit wurde teilweise von der NASA Maine Raum Grant-Konsortium (SG-19-14 und SG-20-19), die US National Science Foundation (1.415.189 und 1.724.300), die Japan-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften (unterstützt FY2016-PE- 16047 und FY2016-PE-16721), die National Institutes of Health National Institute of General Medical Sciences (P20GM103423), der Europäischen Organisation für Molekularbiologie (ALTF- 725 1455-2015), das Institute for Advanced Study in Berlin und der Gerstner Familie Stiftung.