Una nuova ricerca condotta dall'American Museum of Natural History e finanziata dalla NASA identifica un processo che potrebbe essere stato fondamentale nella produzione delle prime molecole organiche sulla Terra circa 4 miliardi di anni fa, prima dell'origine della vita. Il processo, che è simile a quanto potrebbe essersi verificato in alcune antiche bocche idrotermali sottomarine, può anche avere rilevanza per la ricerca della vita altrove nell'universo. I dettagli dello studio sono pubblicati questa settimana sulla rivista Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

Tutta la vita sulla Terra è costituita da molecole organiche, composti fatti di atomi di carbonio legati ad atomi di altri elementi come l'idrogeno, azoto e ossigeno. Nella vita moderna, la maggior parte di queste molecole organiche origina dalla riduzione dell'anidride carbonica (CO ₂ ) attraverso diversi percorsi di "fissazione del carbonio" (come la fotosintesi nelle piante). Ma la maggior parte di questi percorsi richiede energia dalla cellula per funzionare, o si pensava che si fossero evoluti relativamente tardi. Allora come sono nate le prime molecole organiche, prima dell'origine della vita?

Per affrontare questa domanda, Lo studioso del Museo Gerstner Victor Sojo e Reuben Hudson del College of the Atlantic nel Maine hanno ideato un nuovo allestimento basato su reattori microfluidici, minuscoli laboratori autonomi che consentono agli scienziati di studiare il comportamento dei fluidi e, in questo caso, anche i gas, su microscala. Le versioni precedenti del reattore hanno tentato di mescolare bolle di gas idrogeno e CO ₂ in liquido ma non si è verificata alcuna riduzione, forse perché il gas idrogeno altamente volatile è fuggito prima che avesse la possibilità di reagire. La soluzione è arrivata nelle discussioni tra Sojo e Hudson, che ha condiviso un banco di laboratorio presso il Centro RIKEN per la scienza delle risorse sostenibili a Saitama, Giappone. Il reattore finale è stato costruito nel laboratorio di Hudson nel Maine.

"Invece di far gorgogliare i gas all'interno dei fluidi prima della reazione, la principale innovazione del nuovo reattore è che i fluidi sono guidati dai gas stessi, quindi ci sono pochissime possibilità per loro di fuggire, "Ha detto Hudson.

I ricercatori hanno usato il loro progetto per combinare l'idrogeno con la CO ₂ per produrre una molecola organica chiamata acido formico (HCOOH). Questo processo sintetico assomiglia all'unico CO . conosciuto ₂ -percorso di fissazione che non richiede un apporto energetico complessivo, chiamata via di Wood-Ljungdahl acetil-CoA. A sua volta, questo processo ricorda le reazioni che potrebbero aver avuto luogo nelle antiche bocche idrotermali oceaniche.

"Le conseguenze si estendono ben oltre la nostra biosfera, " Sojo ha detto. "Sistemi idrotermali simili potrebbero esistere oggi in altre parti del sistema solare, più evidente in Encelado ed Europa, lune di Saturno e Giove, rispettivamente, e così prevedibilmente in altri mondi rocciosi d'acqua in tutto l'universo."

"Capire come l'anidride carbonica può essere ridotta in condizioni geologiche miti è importante per valutare la possibilità di un'origine della vita su altri mondi, che alimenta la comprensione di quanto possa essere comune o rara la vita nell'universo, " ha aggiunto Laurie Barge del Jet Propulsion Laboratory della NASA, un autore dello studio.

I ricercatori hanno trasformato CO ₂ in molecole organiche utilizzando condizioni relativamente miti, il che significa che i risultati potrebbero avere rilevanza anche per la chimica ambientale. Di fronte alla crisi climatica in corso, è in corso una ricerca di nuovi metodi di CO ₂ riduzione.

"I risultati di questo lavoro toccano molteplici temi:dalla comprensione delle origini del metabolismo, alla geochimica che sta alla base dei cicli dell'idrogeno e del carbonio sulla Terra, e anche alle applicazioni di chimica verde, dove il lavoro di ispirazione bio-geo può aiutare a promuovere reazioni chimiche in condizioni miti, " ha aggiunto Shawn E. McGlynn, anche autore dello studio, con sede presso il Tokyo Institute of Technology.