Proces, który może doprowadzić do pierwszych cząsteczek organicznych

Całe życie na ziemi jest zbudowany z cząsteczek organicznych związków składa się z atomów węgla związanych z atomami innych pierwiastków, takich jak wodór, azot i tlen. Współczesnego życia większość tych cząsteczek organicznych pochodzą z redukcji emisji dwutlenku węgla (CO2) przez kilka ścieżek „węgiel mocowania” (takim jak fotosyntezy w roślinach). Ale większość z tych ścieżek albo wymagają energii z komórki w celu pracy, albo uważano ewoluowały stosunkowo późno. Więc jak pierwsze cząsteczki organiczne powstać, zanim pochodzenie życia?

Aby rozwiązać tę kwestię, Muzeum Gerstner Scholar Victor Sojo i Reuben Hudson z College of the Atlantic w Maine opracowali nową konfigurację na podstawie mikrofluidycznych reaktorów, maleńkich laboratoriach samowystarczalnych, które pozwalają naukowcom badać zachowanie płynów, w tym przypadku, gazy, jak również, na mikroskali. Wcześniejsze wersje reaktora próby mieszać pęcherzyków wodoru i CO2 w cieczy, ale nie nastąpiła redukcja, prawdopodobnie dlatego, że wodór jest bardzo lotny uciec przed miał szansę na reakcję. Rozwiązanie przyszło w rozmowach między Sojo i Hudson, który dzielił się na stole laboratoryjnym RIKEN Center for Sustainable Zasobami Nauki w Saitama, Japonia. Ostateczna reaktor został zbudowany w laboratorium Hudsona w Maine.

„Zamiast pęcherzyków gazów wewnątrz płynów przed reakcją główną innowacją nowego reaktora jest to, że płyny są napędzane przez samych gazów, więc jest bardzo mało dla nich okazja do ucieczki,” powiedział Hudson.

Naukowcy wykorzystali zaprojektowanych do łączenia wodoru z wytworzeniem CO2 do cząsteczki organicznej o nazwie kwas mrówkowy (HCOOH). Ten syntetyczny sposób podobny do znanych szlakiem tylko CO2 wiązania, które nie wymagają podaży energii całkowitej, zwane ścieżki drewna Ljungdahl acetylo-CoA. Z kolei proces ten przypomina reakcje, które może miały miejsce w dawnych oceanicznych hydrotermalnych.

„Konsekwencje wykraczają daleko poza naszym własnym biosferze” Sojo powiedział. „Podobne systemy hydrotermalne może istnieć dzisiaj gdzie indziej w Układzie Słonecznym, najbardziej zauważalnie w Enceladus i Europa, księżyce Saturna i Jowisza, odpowiednio, i tak przewidywalny w innych wodnych skalistych światów we wszechświecie.”

„Zrozumienie, jak dwutlenek węgla może być zmniejszona w łagodnych warunkach geologicznych jest istotne dla oceny możliwości wystąpienia pochodzenia życia na innych planetach, które żeruje na zrozumieniu, jak powszechne lub rzadkie życie może być we wszechświecie”, dodał Laurie Barka z NASA Jet Propulsion Laboratorium, autor na badania.

Badacze okazało CO2 do cząsteczek organicznych z zastosowaniem łagodnych warunków, co oznacza, że ​​wyniki mogą mieć znaczenie dla chemii środowiska. W obliczu trwającego kryzysu klimatycznego, że trwa poszukiwanie nowych metod redukcji emisji CO2.

„Wyniki tego dotyku papier na wielu tematów: od zrozumienia genezy metabolizmu, do geochemii to podbudowuje cykle wodoru i dwutlenku węgla na Ziemi, a także zielonych zastosowań chemii, gdzie praca bio-geo-natchniony może przyczynić chemiczne reakcje w łagodnych warunkach „, dodał Shawn E. McGlynn, również autor badania, oparte na Tokyo Institute of Technology.

Inni autorzy tego badania obejmują Ruvan de Graaf i Mari Strandoo Rodin z College of the Atlantic, Aya Ohno z centrum RIKEN Zrównoważonego Zasobami Nauki w Japonii, Nick Lane z University College w Londynie, Yoichi MA Yamada z RIKEN, Ryuhei Nakamura z RIKEN i Tokyo Institute of Technology, a Dieter Braun z Uniwersytetu Ludwiga Maximiliana w Monachium.

Ta praca została wsparta częściowo przez NASA Maine Kosmicznej Grant Consortium (SG-19-14 i SG-20-19), Narodowa Fundacja Nauki USA (1415189 i 1724300), Japan Towarzystwo Promocji Nauki (2016 roku-PE- 16047 i 2016 roku-PE-16721), National Institutes of Health National Institute of General Medical Sciences (P20GM103423), Europejskiej Organizacji Biologii Molekularnej (ALTF- 725 1455-2015), Instytut Studiów zaawansowanych w Berlinie, a Gerstner rodzinny Fundacja.