Processo que poderia ter levado a primeiras moléculas orgânicas

Toda a vida na terra é construída de moléculas orgânicas, os compostos feitos de átomos de carbono ligados a átomos de outros elementos, tais como o hidrogénio, azoto e oxigénio. Na vida moderno, a maioria destas moléculas orgânicas se originam a partir da redução de dióxido de carbono (CO2) por meio de várias vias de "carbono-fixação" (tal como a fotossíntese em plantas). Mas a maioria destas vias quer requerem energia da célula, a fim de trabalho, ou foram pensados ​​para ter evoluído relativamente tarde. Assim como as primeiras moléculas orgânicas surgem, antes da origem da vida?

Para resolver esta questão, Museu Gerstner Scholar Victor Sojo e Reuben Hudson do College of the Atlantic, em Maine concebeu uma instalação romance baseado em reatores microfluídicos, minúsculos laboratórios independentes que permitem aos cientistas estudar o comportamento de fluidos, e neste caso, gases, bem como, em microescala. As versões anteriores do reactor tentativa de misturar bolhas de gás hidrogénio e CO2 no líquido, mas não ocorreu redução, possivelmente porque o gás de hidrogénio altamente volátil escapou antes de ter tempo de reagir. A solução veio em discussões entre Sojo e Hudson, que compartilhou a bancada do laboratório do Centro Riken de Ciência de Recursos Sustentável em Saitama, Japão. O reator final foi construído no laboratório de Hudson no Maine.

"Em vez de borbulhando os gases dentro dos fluidos antes da reacção, a principal inovação do novo reactor é que os fluidos são accionados pelos próprios gases, de modo que há muito pouca oportunidade para que escapem," disse Hudson.

Os investigadores utilizaram a sua concepção para combinar hidrogénio com CO2 para produzir uma molécula orgânica denominada ácido fórmico (HCOOH). Este processo sintético assemelha-se a via de CO2-fixação única conhecida que não requer um fornecimento de energia em geral, chamada a via de madeira-Ljungdahl acetil-CoA. Por sua vez, este processo se assemelha reações que poderiam ter tido lugar em antigas fontes hidrotermais oceânicas.

"As consequências vão muito além de nossa própria biosfera", disse Sojo. "Os sistemas hidrotermais similares podem existir hoje em outras partes do sistema solar, mais notadamente em Enceladus e Europa, luas de Saturno e Júpiter, respectivamente, e tão previsivelmente em outros mundos rochosos de água em todo o universo."

"Entender como o dióxido de carbono pode ser reduzido sob condições geológicas leves é importante para avaliar a possibilidade de uma origem da vida em outros mundos, que alimenta a compreensão de como comum ou a vida rara pode ser no universo", acrescentou Laurie Barge de Propulsão a Jato da NASA Laboratory, um dos autores do estudo.

Os investigadores virou de CO2 em moléculas orgânicas usando condições relativamente suaves, o que significa que os resultados também podem ter relevância para a química ambiental. Em face da crise climática em curso, há uma busca contínua de novos métodos de redução de CO2.

"Os resultados deste toque de papel em vários temas: de compreender as origens do metabolismo, a geoquímica que sustenta os ciclos de hidrogênio e carbono na Terra, e também para aplicações de química verde, onde o trabalho bio-geo-inspirado pode ajudar a promover química reações sob condições brandas ", acrescentou Shawn E. McGlynn, também um dos autores do estudo, baseado no Instituto de Tecnologia de Tóquio.

Outros autores neste estudo incluem Ruvan de Graaf e Mari Strandoo Rodin do College of the Atlantic, Aya Ohno partir do Centro de RIKEN para Resource Ciência Sustentável no Japão, Nick Lane, da Universidade College London, Yoichi MA Yamada de RIKEN, Ryuhei Nakamura de RIKEN e do Instituto de Tecnologia de Tóquio, e Dieter Braun, da Universidade Ludwig-Maximilians, em Munique.

Este trabalho foi apoiado em parte pelo Espaço Maine Grant Consórcio da NASA (SG-19-14 e SG-20-19), os EUA National Science Foundation (1415189 e 1724300), a Sociedade Japonesa para a Promoção da Ciência (FY2016-PE- 16047 e FY2016-PE-16721), o Instituto Nacional do Instituto de Saúde Nacional de Ciências Médicas gerais (P20GM103423), o Biology Organization European Molecular (ALTF- 725 1455-2015), o Instituto de Estudos Avançados de Berlim, e da Família Gerstner Fundação.