Le massicce forze di compressione generate dall'attrazione di marea di pianeti simili a Giove sulle loro lune rocciose coperte di ghiaccio possono formare un reattore naturale che spinge semplici amminoacidi a polimerizzare in composti più grandi. Queste forze meccaniche estreme migliorano fortemente le reazioni di condensazione delle molecole, aprendo una nuova arena di possibilità per le origini chimiche della vita sulla Terra e su altri pianeti rocciosi.

Questa è la conclusione di un nuovo studio degli scienziati del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) che hanno esplorato l'ipotesi che il taglio per compressione possa aver guidato la chimica prebiotica. La ricerca appare sulla rivista Scienze chimiche ed è presente sulla copertina del 30° numero e come parte del 2020 Raccolta di articoli HOT di scienza chimica .

Chimica ad azionamento meccanico, o meccanochimica, è un campo relativamente nuovo. "È noto che le forze di taglio di compressione accelerano le trasformazioni fisiche e chimiche nei materiali solidi, " ha detto il chimico LLNL Brad Steele, autore principale dello studio, "ma si sa poco su come avvengono questi processi soprattutto per semplici molecole prebiotiche come gli amminoacidi, che possono avere una propensione a legarsi insieme."

Come caso di prova, il team si è concentrato sulla glicina, il più semplice amminoacido che forma proteine ​​e un noto costituente dei corpi ghiacciati astrofisici. "Abbiamo scelto di studiare la glicina perché è un utile modello riduzionista per comprendere i fondamenti della sintesi meccanochimica dei polipeptidi, " ha detto lo scienziato LLNL Nir Goldman, uno degli autori dello studio.

Per sondare la chimica in condizioni così insolite, il team ha sviluppato un nuovo approccio di modellazione computerizzata basato su esperimenti di laboratorio. Le celle a incudine di diamante (DAC) sono uno strumento sperimentale consolidato per accedere a pressioni estremamente elevate comprimendo un campione tra due diamanti. I DAC rotazionali (o RDAC) aggiungono un componente di taglio ruotando uno dei diamanti. "Abbiamo sviluppato un RDAC virtuale per consentire simulazioni chimiche computazionali rapide della meccanochimica, " ha detto il chimico LLNL Matt Kroonblawd, che ha ideato e coordinato lo studio.

Attraverso molte simulazioni al computer della glicina in un RDAC virtuale, cominciò a emergere un quadro chiaro. Al di sopra di una certa pressione, ogni simulazione di taglio prevedeva la formazione di grandi molecole polimeriche. Tra questi c'era il polipeptide più semplice:la glicilglicina. Sono state trovate anche una miriade di altre molecole complesse, compresi quelli ciclici e quelli con centri chirali. "Il nostro studio ha rivelato una chimica sorprendentemente complessa proveniente da una molecola così semplice, " ha detto lo scienziato LLNL Will Kuo, uno degli autori.

Il lavoro punta alle forze di taglio di compressione come potenziale fattore trainante per nuove e insolite chimiche nei materiali organici. Le condizioni di taglio a compressione sono raggiunte in molte situazioni, come negli shock, detonazioni e in materiali sottoposti a forti sollecitazioni. La metodologia RDAC virtuale consentirà di effettuare previsioni rapide della meccanochimica per altri materiali in tali condizioni.