Proceso que podría haber llevado a las primeras moléculas orgánicas

Una nueva investigación dirigida por el Museo Americano de Historia Natural y financiada por la NASA identifica un proceso que podría haber sido clave en la producción de las primeras moléculas orgánicas en la Tierra hace unos 4.000 millones de años, antes del origen de la vida. El proceso, que es similar a lo que podría haber ocurrido en algunas antiguas fumarolas hidrotermales submarinas, también puede tener relevancia para la búsqueda de vida en otras partes del universo.

Los detalles del estudio se publicaron en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.

Toda la vida en la Tierra está construida de moléculas orgánicas: compuestos hechos de átomos de carbono unidos a átomos de otros elementos como el hidrógeno, el nitrógeno y el oxígeno. En la vida moderna, la mayoría de estas moléculas orgánicas se originan a partir de la reducción del dióxido de carbono (CO2) a través de varias vías de "fijación del carbono" (como la fotosíntesis en las plantas). Pero la mayoría de estas vías requieren energía de la célula para funcionar, o se cree que han evolucionado relativamente tarde. Entonces, ¿cómo surgieron las primeras moléculas orgánicas, antes del origen de la vida?

Para abordar esta cuestión, el académico del Museo Gerstner, Victor Sojo, y Reuben Hudson, del Colegio del Atlántico en Maine, idearon una novedosa configuración basada en reactores de microfluidos, diminutos laboratorios autónomos que permiten a los científicos estudiar el comportamiento de los fluidos, y en este caso también de gases, a microescala. Las versiones anteriores del reactor intentaron mezclar burbujas de gas de hidrógeno y CO2 en líquido, pero no se produjo ninguna reducción, posiblemente porque el altamente volátil gas de hidrógeno se escapó antes de que tuviera la oportunidad de reaccionar. La solución llegó de discusiones entre Sojo y Hudson, quienes compartían un banco de laboratorio en el Centro RIKEN de Ciencia de Recursos Sostenibles en Saitama, Japón. El reactor final se construyó en el laboratorio de Hudson en Maine.

Fumarola hidrotermal submarina. (Foto: NOAA)

"En lugar de hacer burbujas de 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 se escapen", dijo Hudson.

Los investigadores usaron su diseño para combinar el hidrógeno con el 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 ruta Wood-Ljungdahl de la acetil-CoA. A su vez, este proceso se asemeja a las reacciones que podrían haber tenido lugar en las antiguas fumarolas hidrotermales oceánicas.

"Las consecuencias se extienden mucho más allá de nuestra propia biosfera", dijo Sojo. "Sistemas hidrotermales similares podrían existir hoy en día en otras partes del sistema solar, más notablemente en Encélado y Europa - lunas de Saturno y Júpiter, respectivamente - y de forma predecible en otros mundos rocosos con 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 la vida en otros mundos, lo que alimenta la comprensión de cuán común o rara puede ser la vida en el universo", añadió Laurie Barge del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, un autor del estudio.

Los investigadores convirtieron el CO2 en moléculas orgánicas utilizando condiciones relativamente suaves, lo que significa que los hallazgos también pueden tener relevancia para la química ambiental. Ante la actual crisis climática, se están buscando nuevos métodos para reducir el CO2.

"Los resultados de este trabajo tocan múltiples 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 inspirado en la bio-geografía puede ayudar a promover las reacciones químicas en condiciones suaves", añadió Shawn E. McGlynn, también autor del estudio, con sede en el Instituto de Tecnología de Tokio. (Fuente: NCYT Amazings)