Komprimerende forskydning kan starte liv på andre planeter

Massive kompressive forskydningskræfter genereret af tidevandstrækket fra Jupiter-lignende planeter på deres stenede isdækkede måner kan danne en naturlig reaktor, der driver simple aminosyrer til at polymerisere til større forbindelser. Disse ekstreme mekaniske kræfter forstærker kraftigt molekylekondensationsreaktioner, åbning af en ny arena af muligheder for den kemiske oprindelse af liv på Jorden og andre klippeplaneter.

Det er konklusionen på en ny undersøgelse foretaget af forskere fra Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), der udforskede hypotesen om, at kompressionsskæring kan have drevet præbiotisk kemi. Forskningen vises i tidsskriftet Kemisk Videnskab og er vist på forsiden af ​​det 30. nummer og som en del af 2020 Chemical Science HOT artikelsamling .

Mekanisk drevet kemi, eller mekanokemi, er et relativt nyt felt. "Kompressive forskydningskræfter er kendt for at accelerere fysiske og kemiske transformationer i faste materialer, " sagde LLNL kemiker Brad Steele, hovedforfatter af undersøgelsen, "men man ved lidt om, hvordan disse processer opstår, især for simple præbiotiske molekyler som aminosyrer, som kan have en tilbøjelighed til at hænge sammen."

Som en prøvesag, holdet fokuserede på glycin, den enkleste proteindannende aminosyre og en kendt bestanddel af astrofysiske iskolde legemer. "Vi valgte at studere glycin, fordi det er en nyttig reduktionistisk model til at forstå det grundlæggende i mekanokemisk polypeptidsyntese, " sagde LLNL videnskabsmand Nir Goldman, en af ​​forfatterne på undersøgelsen.

At undersøge kemi under sådanne usædvanlige forhold, holdet udviklede en ny computermodelleringstilgang baseret på laboratorieforsøg. Diamantamboltceller (DAC'er) er et etableret eksperimentelt værktøj til at få adgang til ekstremt høje tryk ved at komprimere en prøve mellem to diamanter. Roterende DAC'er (eller RDAC'er) tilføjer en forskydningskomponent ved at rotere en af ​​diamanterne. "Vi udviklede en virtuel RDAC for at muliggøre hurtige beregningskemiske simuleringer af mekanokemi, " sagde LLNL kemiker Matt Kroonblawd, der har designet og koordineret undersøgelsen.

Gennem mange computersimuleringer af glycin i en virtuel RDAC, et klart billede begyndte at tegne sig. Over et vist pres, hver forskydningssimulering forudsagde dannelsen af ​​store polymere molekyler. Blandt disse var det enkleste polypeptid:glycylglycin. Et væld af andre komplekse molekyler blev også fundet, herunder cykliske og dem med chirale centre. "Vores undersøgelse afslørede en overraskende kompleks kemi, der kommer fra et så simpelt molekyle, " sagde LLNL videnskabsmand Will Kuo, en af ​​forfatterne.

Arbejdet peger på kompressive forskydningskræfter som en potentiel drivkraft for nye og usædvanlige kemier i organiske materialer. Komprimerende forskydningsforhold opnås i mange situationer, såsom i stød, detonationer og i materialer under store belastninger. Den virtuelle RDAC-metode vil gøre det muligt at lave hurtige forudsigelser af mekanokemi for andre materialer under sådanne forhold.