updated 3:47 PM CET, Dec 7, 2016

La química de respiraderos volcánicos submarinos podría explicar la aparición de la vida

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respiradero volcánico submarino

Si el proceso se puede escalar hasta escalas comercialmente viables, no sólo ahorraría petróleo, sino que se utilizaría como materia prima CO2 - un gas de efecto invernadero

Respiraderos calientes en el fondo del mar podrían haber producido de forma espontánea las moléculas orgánicas necesarias para la vida, según una nueva investigación por los químicos de la University College London (UCL). El estudio muestra cómo las superficies de las partículas minerales dentro de las fuentes hidrotermales tienen propiedades químicas similares a las enzimas, las moléculas biológicas que rigen las reacciones químicas en los organismos vivos.

Esto significa que los ventiladores son capaces de crear moléculas simples basadas en carbono, tales como metanol y ácido fórmico, cerca del CO2 disuelto en el agua.

El descubrimiento, publicado en la revista Chemical Communications, explica cómo algunos de los elementos fundamentales de la química orgánica ya se estaban formando en la naturaleza antes de que surgiera la vida - y pueden haber jugado un papel en la aparición de las primeras formas de vida. También tiene potenciales aplicaciones prácticas, que muestra cómo pueden ser sintetizados productos, tales como plásticos y combustibles, a partir de CO2 en lugar de petróleo.

"Hay un montón de especulaciones de que los respiraderos hidrotermales podrían ser el lugar donde comenzó la vida en la Tierra", dice Nora de Leeuw, que dirige el equipo. "Hay una gran cantidad de CO2 disuelto en el agua, lo que podría proporcionar el carbono en que se basa la química de los organismos vivos, y hay un montón de energía, debido a que el agua está caliente y turbulenta. Lo que demuestra nuestra investigación es que estos respiraderos también tienen las propiedades químicas que fomentan estas moléculas para recombinarse en moléculas generalmente asociadas con los organismos vivos".

El equipo combinó experimentos de laboratorio con simulaciones de supercomputación para investigar las condiciones en que las partículas minerales podrían catalizar la conversión de CO2 en moléculas orgánicas. Los experimentos replican las condiciones presentes en los respiraderos de aguas profundas, donde el agua caliente y ligeramente alcalina rica en CO2 disuelto pasa sobre el mineral de sulfurto de hierro (Fe3S4), ubicado en las superficies internas de los conductos de ventilación.

reacción química en un respiradero hidrotermal

Estos experimentos insinuaban los procesos químicos que estaban en marcha. Las simulaciones, que se ejecutaron en los superordenadores Legion de la UCL y HECToR (del servicio de supercomputación nacional del Reino Unido), presentaron una visión molécula por molécula de cómo interactuaron el CO2 y el sulfurto de hierro, ayudando a dar sentido a lo que se observó en los experimentos.

La potencia de cálculo y los conocimientos de programación para simular con precisión el comportamiento de las moléculas individuales sólo ha estado disponible en la última década. "Hemos encontrado que las superficies y estructuras cristalinas dentro de estos respiraderos actúan como catalizadores, fomentando cambios químicos en el material que se asienta en ellos", dice Nathan Hollingsworth, un co-autor del estudio. "Se comportan muy parecido a como lo hacen las enzimas en los organismos vivos, rompiendo los enlaces entre los átomos de carbono y oxígeno. Esto les permite combinarse con agua para producir ácido fórmico, ácido acético, metanol y ácido pirúvico. Una vez que se tienen los productos químicos simples a base de carbono como éstos, se abre la puerta a la química más compleja basada en el carbono".

Las teorías sobre el surgimiento de la vida sugieren que la química cada vez más compleja basada en el carbono llevó a moléculas auto-replicantes y, con el tiempo, a la aparición de las primeras formas de vida celular.

Esta investigación muestra cómo puede haber ocurrido uno de los primeros pasos en este viaje. Es la prueba de que las moléculas orgánicas simples pueden ser sintetizadas en la naturaleza sin estar presentes organismos vivos. También confirma que los respiraderos hidrotermales son una ubicación plausible para al menos parte de este proceso que se ha producido.

El estudio también podría tener una aplicaciones prácticas, ya que proporciona un método para la creación de productos químicos basados en el carbono del CO2, sin la necesidad de extrema de calor o presión. Esto podría, a largo plazo, sustituir al petróleo como materia prima para productos como plásticos, fertilizantes y combustibles.

Este estudio muestra, aunque en una escala muy pequeña, que tales productos, que se producen actualmente a partir de materias primas no renovables, pueden ser producidos por medios más respetuosos con el medio ambiente. Si el proceso se puede escalar hasta escalas comercialmente viables, no sólo ahorraría petróleo, sino que se utilizaría como materia prima CO2 - un gas de efecto invernadero.

Artículo científico: Bio-inspired CO2 conversion by iron sulfide catalysts under sustainable conditions