Proceso que podría haber dado lugar a primeras moléculas orgánicas

Toda la vida en la Tierra está construido de moléculas orgánicas, compuestos hechos de átomos de carbono unidos a átomos de otros elementos tales como hidrógeno, nitrógeno y oxígeno. En la vida moderna, la mayoría de estas moléculas orgánicas se originan a partir de la reducción de dióxido de carbono (CO2) a través de varias vías de "-fijación de carbono" (tales como la fotosíntesis en las plantas). Pero la mayoría de estas vías requieren ya sea la energía de la célula con el fin de trabajo, o se cree que han evolucionado relativamente tarde. Entonces, ¿cómo surgen las primeras moléculas orgánicas, antes de que el origen de la vida?

Para abordar esta cuestión, Museo Gerstner Académico Víctor Sojo y Reuben Hudson de la Universidad del Atlántico en Maine idearon una nueva configuración basada en reactores de microfluidos, pequeños laboratorios independientes que permiten a los científicos estudiar el comportamiento de los fluidos, y en este caso, los gases, así, en la microescala. Las versiones anteriores del reactor intentaron mezclar burbujas de gas hidrógeno y CO2 en líquido, pero no se produjo reducción, posiblemente porque el gas de hidrógeno altamente volátil escapado antes de que tuviera la oportunidad de reaccionar. La solución vino en las discusiones entre Sojo y Hudson, que compartió una mesa de laboratorio en el Centro RIKEN de Ciencia sostenible de recursos en Saitama, Japón. El reactor final fue construido en el laboratorio de Hudson en Maine.

"En lugar de burbujeo de los gases dentro de los fluidos antes de la reacción, la principal novedad del nuevo reactor es que los fluidos son impulsados ​​por los propios gases, por lo que hay muy pocas posibilidades de que se escapen", dijo Hudson.

Los investigadores utilizaron su diseño para combinar hidrógeno con CO2 para producir una molécula orgánica llamada ácido fórmico (HCOOH). Este proceso sintético se parece a la única ruta conocida de fijación de CO2 que no requiere un suministro de energía total, llamada la vía Wood-Ljungdahl acetil-CoA. A su vez, este proceso se asemeja a las reacciones que podría haber tenido lugar en los antiguos respiraderos hidrotermales oceánicas.

"Las consecuencias se extienden mucho más allá de nuestra propia biosfera", dijo Sojo. "Podrían existir sistemas hidrotermales similares hoy en otras partes del sistema solar, más notablemente en Europa y Encelado, lunas de Saturno y Júpiter, respectivamente, y por lo tanto predecible en otros mundos rocosos de agua en todo el universo."

"La comprensión de cómo el dióxido de carbono puede reducirse en condiciones geológicas leve es importante para evaluar la posibilidad de un origen de la vida en otros mundos, que se alimenta en la comprensión de cómo común o la vida rara pueden estar en el universo", agregó Laurie Barcaza de propulsión a chorro de la NASA laboratorio, uno de los autores del estudio.

Los investigadores se volvieron CO2 en moléculas orgánicas usando condiciones relativamente suaves, que significa que los resultados también pueden tener relevancia para la química ambiental. En la cara de la crisis climática en curso, existe una continua búsqueda de nuevos métodos de reducción de CO2.

"Los resultados de este toque de papel en múltiples temas: a partir de la comprensión de los orígenes de metabolismo, a la geoquímica que sustenta los ciclos de hidrógeno y de carbono en la Tierra, y también para aplicaciones de química verde, donde el trabajo bio-geo-inspirado puede ayudar a promover químico las reacciones en condiciones suaves ", añaden Shawn E. McGlynn, también autor del estudio, basado en el Instituto de Tecnología de Tokio.

Otros autores en este estudio incluyen Ruvan de Graaf y Mari Strandoo Rodin del Colegio del Atlántico, Aya Ohno del Centro RIKEN de Ciencia sostenible de recursos en Japón, Nick Lane de la University College London, Yoichi MA Yamada de RIKEN, Ryuhei Nakamura de RIKEN y el Instituto de Tecnología de Tokio, y Dieter Braun de la Universidad Ludwig-Maximilians de Munich.

Este trabajo fue apoyado en parte por Grant Consorcio Espacial de la NASA, Maine (SG-19-14 y SG-20-19), la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos (1.415.189 y 1.724.300), la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia (FY2016-PE- 16047 y FY2016-PE-16721), los Institutos nacionales de la Salud Instituto de Nacional de Ciencias médicas generales (P20GM103423), la Biología Molecular Organización Europea (725 ALTF- 1455-2015), el Instituto de Estudios Avanzados de Berlín, y la Familia Gerstner Fundación.