Ny forskning som leds av American Museum of Natural History och finansieras av NASA identifierar en process som kan ha varit avgörande för att producera de första organiska molekylerna på jorden för cirka 4 miljarder år sedan, före livets ursprung. Processen, vilket liknar det som kan ha inträffat i några forntida hydrotermiska ventiler under vattnet, kan också ha relevans för sökandet efter liv någon annanstans i universum. Detaljer om studien publiceras i veckan i tidskriften Förfaranden från National Academy of Sciences .

Allt liv på jorden är byggt av organiska molekyler - föreningar gjorda av kolatomer bundna till atomer från andra element som väte, kväve och syre. I det moderna livet, de flesta av dessa organiska molekyler kommer från minskningen av koldioxid (CO ₂ ) genom flera "kolfixerings" -vägar (såsom fotosyntes i växter). Men de flesta av dessa vägar kräver antingen energi från cellen för att fungera, eller antogs ha utvecklats relativt sent. Så hur uppstod de första organiska molekylerna, före livets ursprung?

För att ta itu med denna fråga, Museum Gerstner Scholar Victor Sojo och Reuben Hudson från College of the Atlantic i Maine utarbetade en ny installation baserad på mikrofluidreaktorer, små fristående laboratorier som gör det möjligt för forskare att studera vätskans beteende-och i detta fall gaser också - i mikroskala. Tidigare versioner av reaktorn försökte blanda bubblor av vätgas och CO ₂ i vätska men ingen minskning inträffade, möjligen för att den mycket flyktiga vätgasen rymde innan den hade en chans att reagera. Lösningen kom i diskussioner mellan Sojo och Hudson, som delade en labbänk på RIKEN Center for Sustainable Resource Science i Saitama, Japan. Den slutliga reaktorn byggdes i Hudsons laboratorium i Maine.

"I stället för att bubbla gaserna i vätskorna före reaktionen, huvudnyheten i den nya reaktorn är att vätskorna drivs av själva gaserna, så det finns mycket liten chans för dem att fly, "Sa Hudson.

Forskarna använde sin design för att kombinera väte med CO ₂ för att producera en organisk molekyl som kallas myrsyra (HCOOH). Denna syntetiska process liknar den enda kända CO ₂ -fixeringsväg som inte kräver en energiförsörjning totalt sett, kallade Wood-Ljungdahl acetyl-CoA-vägen. I tur och ordning, denna process liknar reaktioner som kan ha ägt rum i gamla oceaniska hydrotermiska ventiler.

"Konsekvenserna sträcker sig långt bortom vår egen biosfär, "Sojo sa." Liknande hydrotermiska system kan existera idag någon annanstans i solsystemet, mest påtagligt i Enceladus och Europa - månar från Saturnus och Jupiter, respektive-och så förutsägbart i andra steniga världar i universum. "

"Att förstå hur koldioxid kan minskas under milda geologiska förhållanden är viktigt för att utvärdera möjligheten till livets ursprung i andra världar, som försöker förstå hur vanligt eller sällsynt liv kan vara i universum, "tillade Laurie Barge från NASAs Jet Propulsion Laboratory, en författare till studien.

Forskarna vände CO ₂ i organiska molekyler med relativt milda förhållanden, vilket innebär att resultaten också kan ha relevans för miljökemi. Inför den pågående klimatkrisen, det pågår en sökning efter nya metoder för CO ₂ minskning.

"Resultatet av detta dokument berör flera teman:från att förstå metabolismens ursprung, till den geokemi som ligger till grund för väte- och kolcyklerna på jorden, och även till grön kemi applikationer, där det biogeo-inspirerade arbetet kan bidra till att främja kemiska reaktioner under milda förhållanden, "tillade Shawn E. McGlynn, också författare till studien, baserat vid Tokyo Institute of Technology.