Un mistero che ha sconcertato la comunità scientifica per più di 50 anni è stato finalmente risolto. Un team dell’Università di Linköping, in Svezia, e dell’Helmholtz di Monaco di Baviera hanno scoperto che un certo tipo di reazione chimica può spiegare perché la materia organica presente nei fiumi e nei laghi è così resistente alla degradazione. Il loro studio è stato pubblicato sulla rivista Nature .
"Questo è stato il Santo Graal nel mio campo di ricerca per oltre 50 anni", afferma Norbert Hertkorn, scienziato in chimica analitica precedentemente presso Helmholtz Monaco e attualmente presso l'Università di Linköping.
Prendiamolo dall'inizio. Quando, ad esempio, una foglia si stacca da un albero e cade a terra, comincia subito a rompersi. Prima che la foglia si decomponga, è costituita da poche migliaia di biomolecole distinte; molecole che possono essere trovate nella maggior parte della materia vivente.
La decomposizione della foglia avviene in più fasi. Insetti e microrganismi iniziano a consumarla, mentre la luce solare e l'umidità colpiscono la foglia, provocandone un'ulteriore decomposizione. Alla fine, le molecole della foglia decomposta vengono trasportate nei fiumi, laghi e oceani.
Tuttavia, a questo punto, le migliaia di biomolecole conosciute sono state trasformate in milioni di molecole dall’aspetto molto diverso con strutture complesse e tipicamente sconosciute. Questo drammatico processo di trasformazione chimica è rimasto un mistero che ha confuso i ricercatori per oltre mezzo secolo, fino ad ora.
"Ora possiamo chiarire come un paio di migliaia di molecole nella materia vivente possano dare origine a milioni di molecole diverse che diventano rapidamente molto resistenti a un'ulteriore degradazione", afferma Hertkorn.
Il team ha scoperto che dietro il mistero si nasconde un tipo specifico di reazione, nota come dearomatizzazione ossidativa. Sebbene questa reazione sia stata a lungo studiata e applicata ampiamente nella sintesi farmaceutica, la sua presenza naturale è rimasta inesplorata.
Nello studio, i ricercatori hanno dimostrato che la dearomatizzazione ossidativa modifica la struttura tridimensionale di alcuni componenti della biomolecola, che a loro volta possono attivare una cascata di reazioni successive e differenziate, dando origine a milioni di molecole diverse.
In precedenza gli scienziati credevano che il percorso verso la materia organica disciolta comportasse un processo lento con molte reazioni sequenziali. Tuttavia, lo studio attuale suggerisce che la trasformazione avviene in tempi relativamente brevi.
Il team ha esaminato la materia organica disciolta proveniente da quattro affluenti del Rio delle Amazzoni e da due laghi svedesi. Hanno utilizzato una tecnica chiamata risonanza magnetica nucleare (NMR) per analizzare la struttura di milioni di molecole diverse. Sorprendentemente, indipendentemente dal clima, la struttura fondamentale della materia organica disciolta è rimasta costante.
"La chiave della scoperta è stata l'uso non convenzionale dell'NMR in modi che consentissero studi dell'interno profondo di grandi molecole organiche disciolte, mappando e quantificando così l'ambiente chimico attorno agli atomi di carbonio", spiega Siyu Li, scienziato dell'Helmholtz Zentrum e autore principale dello studio.
Nelle biomolecole, gli atomi di carbonio possono essere collegati ad altri quattro atomi, molto spesso all'idrogeno o all'ossigeno. Tuttavia, con sorpresa del team, una frazione molto elevata di atomi di carbonio organico non era collegata ad alcun idrogeno ma principalmente ad altri atomi di carbonio. Particolarmente intrigante era il gran numero di atomi di carbonio legati specificamente ad altri tre atomi di carbonio e a un atomo di ossigeno, una struttura molto rara nelle biomolecole.
Secondo David Bastviken, professore di cambiamenti ambientali all'Università di Linköping, questo rende stabile la materia organica, permettendole di persistere a lungo e impedendole di ritornare rapidamente nell'atmosfera sotto forma di anidride carbonica o metano.
"Questa scoperta aiuta a spiegare i notevoli pozzi di carbonio organico presenti sul nostro pianeta, che riducono la quantità di anidride carbonica nell'atmosfera", afferma Bastviken.
Ulteriori informazioni: La dearomatizzazione guida la generazione di complessità nella materia organica di acqua dolce, Natura (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07210-9
Informazioni sul giornale: Natura
Fornito dall'Università di Linköping
