Undersøgelse peger på en proces, der kunne have ført til de første organiske molekyler

Ny forskning ledet af American Museum of Natural History og finansieret af NASA identificerer en proces, der kunne have været nøglen til at producere de første organiske molekyler på Jorden for omkring 4 milliarder år siden, før livets oprindelse. Processen, som ligner det, der kunne være sket i nogle gamle hydrotermiske undervandsåbninger, kan også have relevans for søgen efter liv andre steder i universet. Detaljer om undersøgelsen er offentliggjort i denne uge i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences .

Alt liv på Jorden er bygget af organiske molekyler - forbindelser lavet af kulstofatomer bundet til atomer af andre grundstoffer såsom brint, nitrogen og ilt. I det moderne liv, de fleste af disse organiske molekyler stammer fra reduktionen af ​​kuldioxid (CO ₂ ) gennem flere "kulstoffikseringsveje" (såsom fotosyntese i planter). Men de fleste af disse veje kræver enten energi fra cellen for at fungere, eller menes at have udviklet sig relativt sent. Så hvordan opstod de første organiske molekyler, før livets oprindelse?

For at løse dette spørgsmål, Museum Gerstner Scholar Victor Sojo og Reuben Hudson fra College of the Atlantic i Maine udtænkte en ny opsætning baseret på mikrofluidiske reaktorer, små selvstændige laboratorier, der gør det muligt for forskere at studere væskers adfærd - og i dette tilfælde, gasser også - på mikroskalaen. Tidligere versioner af reaktoren forsøgte at blande bobler af brintgas og CO ₂ i væske, men der skete ingen reduktion, muligvis fordi den meget flygtige brintgas slap ud, før den havde en chance for at reagere. Løsningen kom i diskussioner mellem Sojo og Hudson, som delte en laboratoriebænk på RIKEN Center for Sustainable Resource Science i Saitama, Japan. Den endelige reaktor blev bygget i Hudsons laboratorium i Maine.

"I stedet for at boble gasserne i væskerne før reaktionen, den vigtigste innovation ved den nye reaktor er, at væskerne drives af selve gasserne, så der er meget lille chance for, at de kan flygte, " sagde Hudson.

Forskerne brugte deres design til at kombinere brint med CO ₂ at producere et organisk molekyle kaldet myresyre (HCOOH). Denne syntetiske proces ligner den eneste kendte CO ₂ -fikseringsvej, der ikke kræver en samlet energiforsyning, kaldet Wood-Ljungdahl acetyl-CoA-vejen. På tur, denne proces ligner reaktioner, der kunne have fundet sted i gamle oceaniske hydrotermiske åbninger.

"Konsekvenserne rækker langt ud over vores egen biosfære, "Sojo sagde. "Samme hydrotermiske systemer kan eksistere i dag andre steder i solsystemet, mest mærkbar i Enceladus og Europa - Saturns og Jupiters måner, henholdsvis - og så forudsigeligt i andre vandstenede verdener i hele universet."

"Forståelse af, hvordan kuldioxid kan reduceres under milde geologiske forhold, er vigtig for at vurdere muligheden for en oprindelse af liv på andre verdener, som giver næring til at forstå, hvor almindeligt eller sjældent liv kan være i universet, " tilføjede Laurie Barge fra NASA's Jet Propulsion Laboratory, en forfatter om undersøgelsen.

Forskerne blev CO ₂ ind i organiske molekyler under relativt milde forhold, hvilket betyder, at resultaterne også kan have relevans for miljøkemi. I lyset af den igangværende klimakrise, der er en løbende søgning efter nye metoder til CO ₂ reduktion.

"Resultaterne af dette papir berører flere temaer:fra forståelse af oprindelsen af ​​metabolisme, til den geokemi, der understøtter brint- og kulstofkredsløbet på Jorden, og også til grøn kemi-applikationer, hvor det biogeo-inspirerede arbejde kan være med til at fremme kemiske reaktioner under milde forhold, " tilføjede Shawn E. McGlynn, også forfatter til undersøgelsen, baseret på Tokyo Institute of Technology.