Una nueva investigación dirigida por el Museo Americano de Historia Natural y financiada por la NASA identifica un proceso que podría haber sido clave para producir las primeras moléculas orgánicas en la Tierra hace unos 4 mil millones de años, antes del origen de la vida. El proceso, que es similar a lo que pudo haber ocurrido en algunas antiguas fuentes hidrotermales submarinas, también puede tener relevancia para la búsqueda de vida en otras partes del universo. Los detalles del estudio se publican esta semana en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
Toda la vida en la Tierra está formada por moléculas orgánicas: compuestos hechos de átomos de carbono unidos a átomos de otros elementos como hidrógeno, nitrógeno y oxígeno. En la vida moderna, la mayoría de estas moléculas orgánicas se originan a partir de la reducción de dióxido de carbono (CO2) a través de varias vías de "fijación de carbono" (como la fotosíntesis en las plantas). Pero la mayoría de estas vías requieren energía de la célula para funcionar o se pensaba que evolucionaron relativamente tarde. Entonces, ¿cómo surgieron las primeras moléculas orgánicas, antes del origen de la vida?
Para abordar esta pregunta, el académico del Museo Gerstner Victor Sojo y Reuben Hudson del College of the Atlantic en Maine idearon una configuración novedosa basada en reactores de microfluidos, pequeños laboratorios autónomos que permiten a los científicos estudiar el comportamiento de los fluidos, y en este caso , gases también – en la microescala. Las versiones anteriores del reactor intentaron mezclar burbujas de gas hidrógeno y CO2 en líquido, pero no se produjo ninguna reducción, posiblemente porque el gas hidrógeno altamente volátil escapó antes de que tuviera la oportunidad de reaccionar. La solución surgió en discusiones entre Sojo y Hudson, quienes compartieron una mesa de laboratorio en el Centro RIKEN para la Ciencia de Recursos Sostenibles en Saitama, Japón. El reactor final se construyó en el laboratorio de Hudson en Maine.
"En lugar de hacer burbujear los gases dentro de los fluidos antes de la reacción, la principal innovación del nuevo reactor es que los fluidos son impulsados ​​por los propios gases, por lo que hay muy pocas posibilidades de que escapen", dijo Hudson.
Los investigadores utilizaron su diseño para combinar hidrógeno con CO2 para producir una molécula orgánica llamada ácido fórmico (HCOOH). Este proceso sintético se asemeja a la única vía conocida de fijación de CO2 que no requiere un suministro de energía en general, llamada vía Wood-Ljungdahl acetil-CoA. A su vez, este proceso se asemeja a reacciones que podrían haber tenido lugar en antiguos respiraderos hidrotermales oceánicos.
"Las consecuencias se extienden mucho más allá de nuestra propia biosfera", dijo Sojo. "En la actualidad, podrían existir sistemas hidrotermales similares en otras partes del sistema solar, más notablemente en Encelado y Europa, lunas de Saturno y Júpiter, respectivamente, y de manera predecible en otros mundos rocosos de agua en todo el universo".
"Comprender cómo se puede reducir el dióxido de carbono en condiciones geológicas suaves es importante para evaluar la posibilidad de un origen de vida en otros mundos, lo que contribuye a comprender qué tan común o rara puede ser la vida en el universo", agregó Laurie Barge de Jet Propulsion de la NASA. Laboratorio, autor del estudio.
Los investigadores convirtieron el CO2 en moléculas orgánicas en condiciones relativamente suaves, lo que significa que los hallazgos también pueden tener relevancia para la química ambiental. Frente a la actual crisis climática, existe una búsqueda constante de nuevos métodos de reducción de CO2.
"Los resultados de este artículo tocan varios temas: desde la comprensión de los orígenes del metabolismo hasta la geoquímica que sustenta los ciclos del hidrógeno y el carbono en la Tierra, y también las aplicaciones de la química verde, donde el trabajo bio-geo-inspirado puede ayudar a promover la química reacciones en condiciones suaves ", agregó Shawn E. McGlynn, también autor del estudio, con sede en el Instituto de Tecnología de Tokio.
Otros autores de este estudio incluyen a Ruvan de Graaf y Mari Strandoo Rodin del College of the Atlantic, Aya Ohno del RIKEN Center for Sustainable Resource Science en Japón, Nick Lane del University College London, Yoichi MA Yamada de RIKEN, Ryuhei Nakamura de RIKEN y el Instituto de Tecnología de Tokio, y Dieter Braun de la Universidad Ludwig-Maximilians en Munich.
Este trabajo fue apoyado en parte por el Consorcio de Subvenciones Espaciales de Maine de la NASA (SG-19-14 y SG-20-19), la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (1415189 y 1724300), la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia (FY2016-PE- 16047 y FY2016-PE-16721), el Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales de los Institutos Nacionales de la Salud (P20GM103423), la Organización Europea de Biología Molecular (ALTF-725 1455-2015), el Instituto de Estudios Avanzados de Berlín y la Familia Gerstner Fundación.

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