Un gruppo di ricerca della Texas A&M University ha scoperto un meccanismo fisico che può aiutare a rispondere a una delle principali domande sull'origine della vita, "Come si sono formati i mattoni?"

Il team di ricerca è guidato dal Dr. Victor Ugaz, professore e titolare della cattedra Charles D. Holland '53 e della cattedra Thaman nel dipartimento di ingegneria chimica Artie McFerrin. Il team include anche il Dr. Yassin A. Hassan, professore e titolare della cattedra Sallie &Don Davis '61 e capo dipartimento del Dipartimento di Ingegneria Nucleare.

Gli scienziati sanno da tempo che gli elementi costitutivi della vita - amminoacidi, basi azotate e zuccheri - erano presenti nei primi oceani, ma erano molto bassi in concentrazione. Affinché la vita possa emergere, questi elementi costitutivi dovevano essere combinati e arricchiti in macromolecole a catena lunga. Identificare il processo e il meccanismo che guidano questa sintesi è stata una delle più grandi domande sull'origine della vita.

"Nel primo oceano, quegli elementi costitutivi erano presenti nell'ambiente, " Disse Ugaz. "Erano lì, ma erano così diluiti; c'è una domanda su come si sono combinati. Quindi un'area di interesse è quale tipo di meccanismo di concentrazione potrebbe essere esistito per arricchire quei componenti al punto da poter iniziare a formare catene più lunghe, molecole più complesse”.

In un articolo apparso su Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze degli Stati Uniti d'America, il team di ricerca del Texas A&M descrive un meccanismo che potrebbe aver giocato un ruolo importante nel combinare questi mattoni chimici diluiti nelle macromolecole a catena lunga necessarie per la vita.

Il team di ricerca ha esplorato questo aspetto creando un sistema modello di cellule cilindriche che imitano la struttura dei pori nelle formazioni minerali trovate vicino a un nuovo tipo di bocca idrotermale sottomarina. I gradienti di temperatura presenti all'interno di queste bocchette funzionano proprio come una normale lampada lava, fluido circolante all'interno dei piccoli spazi dei pori. Il team ha scoperto che questi flussi sono sorprendentemente complessi e caotici, il che significa che i percorsi individuali seguono uno schema generale approssimativo, ma nessuna traiettoria è identica. Questa scoperta ha permesso di identificare le condizioni in cui questi flussi sono in grado di fornire l'omogeneizzazione di massa delle varie molecole organiche presenti nelle bocche, mentre allo stesso tempo li trasportano alle superfici dei pori cataliticamente attive dove assorbono e reagiscono.

Secondo Ugaz, c'è un modo semplice per immaginare questo fenomeno. "Immagina di mescolare il caffè, e ci metti della crema o qualcosa che si attacchi al lato della tazza. Quando lo mescoli in un certo modo, in realtà stanno accadendo due cose contemporaneamente:stai mescolando la maggior parte del liquido, ma lo stai anche facendo andare in un certo punto sulla superficie della tazza."

Questi flussi si verificano naturalmente all'interno di reti di pori idrotermali fornendo un meccanismo intrigante per spiegare come precursori organici diluiti nell'oceano primordiale potrebbero essersi assemblati in complesse biomacromolecole. Questa è stata una delle domande chiave senza risposta sull'origine della vita sulla Terra, e in sistemi extraterrestri dove sono stati scoperti ambienti idrotermali simili. Al di là di questa constatazione, la ricerca è significativa in molti altri modi.

Ci sono tutta una serie di processi diversi oltre alla chimica biotica e prebiotica che possono essere catalizzati in questi ambienti. Primo, queste formazioni porose svolgono un ruolo importante nella conversione dell'anidride carbonica in vari carbonati. I meccanismi esatti che guidano questa cattura di anidride carbonica non sono attualmente ben descritti. Però, i risultati di questo studio indicano che questi flussi caotici possono essere in grado di aiutare a descrivere questo fenomeno.

Ulteriore, con una migliore comprensione di questi flussi e di come guidano le reazioni su una superficie, è fattibile che possano pilotare un nuovo tipo di reattore. Poiché i flussi dipendono dalle differenze di calore, un tale reattore potrebbe essere del tutto passivo, utilizzando il calore di scarto per guidare le reazioni.

Questa ricerca è stata supportata in parte dalla National Science Foundation.