Se cree que las pequeñas burbujas llenas de gas en la roca porosa que se encuentra alrededor de las aguas termales han jugado un papel importante en el origen de la vida. Las diferencias de temperatura en la interfaz entre las fases líquidas podrían haber iniciado la evolución química prebiótica.
Una gran cantidad de procesos fisicoquímicos debe haber creado las condiciones que permitieron que los sistemas vivos emergieran en la Tierra primitiva. En otras palabras, la era de la evolución biológica debe haber sido precedida por una fase, presumiblemente prolongada, de un químico 'prebiótico'evolución, durante la cual se ensamblaron y seleccionaron las primeras moléculas informativas capaces de replicarse a sí mismas. Este escenario plantea de inmediato otra pregunta: ¿Bajo qué condiciones ambientales podría haber tenido lugar la evolución prebiótica? Hace mucho tiempo que se discutió y exploró un posible escenario: pequeños poros en la volcánicaUn equipo internacional de investigadores dirigido por Dieter Braun profesor de biofísica de sistemas en Ludwig-Maximilians-Universitaet LMU en Munich ha examinado más de cerca las interfaces agua-aire en estos poros. Se forman espontáneamente en el gas.burbujas llenas y muestran una interesante combinación de efectos.
Descubrieron que podrían haber jugado un papel importante en la facilitación de las interacciones fisicoquímicas que contribuyeron al origen de la vida. Específicamente, Braun y sus colegas preguntaron si tales interfaces podrían haber estimulado los tipos de reacciones químicas que desencadenaron las etapas iniciales del prebióticoevolución química. Sus hallazgos aparecen en la revista líder Química de la naturaleza .
El estudio respalda firmemente la idea de que pequeñas burbujas llenas de gas que quedaron atrapadas y reaccionaron con las superficies de los poros en las rocas volcánicas podrían haber acelerado la formación de las redes químicas que finalmente dieron lugar a las primeras células., los autores pudieron verificar y caracterizar experimentalmente los efectos facilitadores de las interfaces aire-agua en las reacciones químicas relevantes.Si hay una diferencia de temperatura a lo largo de la superficie de dicha burbuja, el agua tenderá a evaporarse en el lado más cálido y se condensaráen el lado más frío, justo cuando una gota de lluvia que cae sobre una ventana corre por la superficie plana del vidrio y finalmente se evapora ". En principio, este proceso puede repetirse hasta el infinito, ya que el agua realiza ciclos continuos entre la fase gaseosa y la fase líquida", dice Braun, quien ha caracterizado el mecanismo y los procesos físicos subyacentes en detalle, junto con su estudiante de doctorado Matthias Morasch y otros miembros de su investigación.grupo earch.El resultado de este fenómeno cíclico es que las moléculas se acumulan a concentraciones muy altas en el lado más cálido de la burbuja.
"Comenzamos haciendo una serie de mediciones de las velocidades de reacción en varias condiciones, para caracterizar la naturaleza del mecanismo subyacente", dice Morasch. El fenómeno resultó ser sorprendentemente eficaz y robusto. Incluso las moléculas pequeñas podrían concentrarsea niveles altos ". Luego probamos una amplia gama de procesos físicos y químicos, que deben haber jugado un papel central en el origen de la vida, y todos ellos se aceleraron notablemente o se hicieron posibles en las condiciones que prevalecen en el aire-interfaz de agua ". El estudio se benefició de las interacciones entre el grupo de biofísicos de Braun y los especialistas en disciplinas como la química y la geología que trabajan junto con él en el Centro de Investigación Colaborativa SFB / TRR sobre el Origen de la Vida que está financiado porDFG, y de las cooperaciones con miembros de equipos internacionales.
Por ejemplo, los investigadores de LMU muestran que los procesos fisicoquímicos que promueven la formación de polímeros se estimulan, o se hacen posibles en primer lugar, por la disponibilidad de una interfaz entre el entorno acuoso y la fase gaseosa, que mejora notablementetasas de reacciones químicas y mecanismos catalíticos. De hecho, en tales experimentos, las moléculas podrían acumularse a altas concentraciones dentro de las membranas lipídicas cuando los investigadores agregaron los componentes químicos apropiados ". Las vesículas producidas de esta manera no son perfectas. Sin embargo, el hallazgo sugierecómo podrían haberse formado las primeras protoceldas rudimentarias y sus membranas externas ", dice Morasch.
Si este tipo de proceso puede tener lugar en tales vesículas o no "no depende de la naturaleza del gas dentro de la burbuja. Lo importante es que, debido a las diferencias de temperatura, el agua puede evaporarse en un lugar y condensarseen otro ", explica Braun. En un trabajo anterior, su grupo ya describió un mecanismo diferente por el cual las diferencias de temperatura en los cuerpos de agua pueden servir para concentrar moléculas". Nuestro modelo explicativo permite combinar ambos efectos, lo que mejoraría el efecto de concentración yasí aumenta la eficiencia de los procesos prebióticos ", agrega.
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Materiales proporcionado por Ludwig-Maximilians-Universität München . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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