Nieuw onderzoek geleid door het American Museum of Natural History en gefinancierd door NASA identificeert een proces dat ongeveer 4 miljard jaar geleden de sleutel zou kunnen zijn geweest bij het produceren van de eerste organische moleculen op aarde. vóór de oorsprong van het leven. Het proces, wat vergelijkbaar is met wat er zou kunnen zijn gebeurd in sommige oude hydrothermale bronnen onder water, kan ook relevant zijn voor de zoektocht naar leven elders in het universum. Details van de studie worden deze week gepubliceerd in het tijdschrift Proceedings van de National Academy of Sciences .

Al het leven op aarde is opgebouwd uit organische moleculen - verbindingen gemaakt van koolstofatomen gebonden aan atomen van andere elementen zoals waterstof, stikstof en zuurstof. In het moderne leven, de meeste van deze organische moleculen ontstaan ​​door de reductie van koolstofdioxide (CO ₂ ) via verschillende "koolstoffixatie"-routes (zoals fotosynthese in planten). Maar de meeste van deze routes hebben ofwel energie van de cel nodig om te kunnen werken, of werden verondersteld relatief laat te zijn geëvolueerd. Dus hoe zijn de eerste organische moleculen ontstaan, vóór de oorsprong van het leven?

Om deze vraag aan te pakken, Museum Gerstner Scholar Victor Sojo en Reuben Hudson van het College of the Atlantic in Maine bedachten een nieuwe opstelling op basis van microfluïdische reactoren, kleine zelfstandige laboratoria waarmee wetenschappers het gedrag van vloeistoffen kunnen bestuderen - en in dit geval, gassen ook - op microschaal. Eerdere versies van de reactor probeerden bellen van waterstofgas en CO . te mengen ₂ in vloeistof maar er trad geen reductie op, mogelijk omdat het zeer vluchtige waterstofgas ontsnapte voordat het de kans kreeg om te reageren. De oplossing kwam in gesprekken tussen Sojo en Hudson, die een laboratoriumbank deelde in het RIKEN Centre for Sustainable Resource Science in Saitama, Japan. De laatste reactor werd gebouwd in het laboratorium van Hudson in Maine.

"In plaats van de gassen in de vloeistoffen te laten borrelen voor de reactie, de belangrijkste innovatie van de nieuwe reactor is dat de vloeistoffen worden aangedreven door de gassen zelf, dus er is heel weinig kans voor hen om te ontsnappen, ' zei Hudson.

De onderzoekers gebruikten hun ontwerp om waterstof te combineren met CO ₂ om een ​​organisch molecuul te produceren dat mierenzuur (HCOOH) wordt genoemd. Dit synthetische proces lijkt op de enige bekende CO ₂ - fixatiepad waarvoor in het algemeen geen energietoevoer nodig is, de Wood-Ljungdahl-acetyl-CoA-route genoemd. Beurtelings, dit proces lijkt op reacties die mogelijk hebben plaatsgevonden in oude oceanische hydrothermale bronnen.

"De gevolgen reiken veel verder dan onze eigen biosfeer, "Sojo zei. "Vergelijkbare hydrothermische systemen kunnen tegenwoordig elders in het zonnestelsel bestaan, het meest merkbaar in Enceladus en Europa - manen van Saturnus en Jupiter, respectievelijk - en zo voorspelbaar in andere water-rotsachtige werelden in het hele universum."

"Begrijpen hoe koolstofdioxide kan worden verminderd onder milde geologische omstandigheden is belangrijk voor het evalueren van de mogelijkheid van een oorsprong van leven op andere werelden, die voedt om te begrijpen hoe gewoon of zeldzaam leven in het universum kan zijn, " voegde Laurie Barge toe van NASA's Jet Propulsion Laboratory, een auteur over de studie.

De onderzoekers veranderden CO ₂ in organische moleculen onder relatief milde omstandigheden, wat betekent dat de bevindingen ook relevant kunnen zijn voor milieuchemie. In het licht van de aanhoudende klimaatcrisis, er wordt voortdurend gezocht naar nieuwe methoden van CO ₂ vermindering.

"De resultaten van dit artikel raken aan meerdere thema's:van het begrijpen van de oorsprong van het metabolisme, tot de geochemie die ten grondslag ligt aan de waterstof- en koolstofcycli op aarde, en ook voor toepassingen in de groene chemie, waar het bio-geo-geïnspireerde werk kan helpen bij het bevorderen van chemische reacties onder milde omstandigheden, " voegde Shawn E. McGlynn toe, ook een auteur van de studie, gevestigd aan het Tokyo Institute of Technology.