Nový výzkum vedený Americkým přírodovědným muzeem a financovaný NASA identifikuje proces, který mohl být klíčový při výrobě prvních organických molekul na Zemi asi před 4 miliardami let, před vznikem života. Proces, který je podobný tomu, co se mohlo odehrát v některých prastarých podvodních hydrotermálních průduchech, může mít také význam pro hledání života jinde ve vesmíru. Podrobnosti studie jsou zveřejněny tento týden v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences.
Veškerý život na Zemi je postaven z organických molekul - sloučenin tvořených atomy uhlíku vázanými na atomy jiných prvků, jako je vodík, dusík a kyslík. V moderním životě většina těchto organických molekul pochází z redukce oxidu uhličitého (CO2) prostřednictvím několika „uhlíkových fixačních“cest (jako je fotosyntéza v rostlinách). Ale většina z těchto drah buď vyžaduje energii z buňky, aby fungovala, nebo se předpokládalo, že se vyvinuly relativně pozdě. Jak tedy vznikly první organické molekuly před vznikem života?
Pro vyřešení této otázky vymysleli učenec z muzea Gerstner Victor Sojo a Reuben Hudson z College of the Atlantic v Maine nové uspořádání založené na mikrofluidních reaktorech, malých samostatných laboratořích, které vědcům umožňují studovat chování tekutin – a v tomto případě i plyny - v mikroměřítku. Předchozí verze reaktoru se pokoušely smíchat bubliny plynného vodíku a CO2 v kapalině, ale nedošlo k žádné redukci, pravděpodobně proto, že vysoce těkavý plynný vodík unikl dříve, než měl šanci reagovat. Řešení přišlo v diskusích mezi Sojo a Hudsonem, kteří sdíleli laboratorní lavici v RIKEN Center for Sustainable Resource Science v Saitamě v Japonsku. Poslední reaktor byl postaven v Hudsonově laboratoři v Maine.
„Namísto probublávání plynů v tekutinách před reakcí je hlavní inovací nového reaktoru to, že tekutiny jsou poháněny samotnými plyny, takže je velmi malá šance, aby unikli,“řekl Hudson..
Výzkumníci použili svůj návrh ke spojení vodíku s CO2 k výrobě organické molekuly zvané kyselina mravenčí (HCOOH). Tento syntetický proces připomíná jedinou známou dráhu fixace CO2, která celkově nevyžaduje přísun energie, nazývanou Wood-Ljungdahl acetyl-CoA dráha. Tento proces zase připomíná reakce, které mohly probíhat ve starověkých oceánských hydrotermálních průduchech.
"Následky sahají daleko za naši vlastní biosféru," řekl Sojo. „Podobné hydrotermální systémy by dnes mohly existovat i jinde ve sluneční soustavě, nejzřetelněji v Enceladu a Europě – měsících Saturnu a Jupiteru – a tak předvídatelně v dalších vodních kamenných světech v celém vesmíru.“
„Pochopení toho, jak lze snížit oxid uhličitý za mírných geologických podmínek, je důležité pro hodnocení možnosti vzniku života na jiných světech, což přispívá k pochopení toho, jak běžný nebo vzácný může být život ve vesmíru,“dodala Laurie Barge z Jet Propulsion Laboratory NASA, autor studie.
Výzkumníci přeměnili CO2 na organické molekuly za relativně mírných podmínek, což znamená, že zjištění mohou mít význam i pro chemii životního prostředí. Tváří v tvář probíhající klimatické krizi se neustále hledají nové metody snižování CO2.
"Výsledky tohoto dokumentu se dotýkají mnoha témat: od pochopení původu metabolismu přes geochemii, která je základem cyklů vodíku a uhlíku na Zemi, a také po aplikace zelené chemie, kde se bio-geo-inspirace práce může pomoci podpořit chemické reakce za mírných podmínek,“dodal Shawn E. McGlynn, rovněž autor studie z Tokijského technologického institutu.
Další autoři této studie zahrnují Ruvan de Graaf a Mari Strandoo Rodin z College of the Atlantic, Aya Ohno z RIKEN Center for Sustainable Resource Science v Japonsku, Nick Lane z University College London, Yoichi M. A. Yamada z RIKEN, Ryuhei Nakamura z RIKEN a Tokijského technologického institutu a Dieter Braun z Ludwig-Maximilians University v Mnichově.
