Les forces de cisaillement compressives massives générées par l'attraction marémotrice des planètes semblables à Jupiter sur leurs lunes rocheuses couvertes de glace peuvent former un réacteur naturel qui pousse les acides aminés simples à se polymériser en composés plus gros. Ces forces mécaniques extrêmes améliorent fortement les réactions de condensation des molécules, ouvrant une nouvelle arène de possibilités pour les origines chimiques de la vie sur Terre et d'autres planètes rocheuses.

C'est la conclusion d'une nouvelle étude menée par des scientifiques du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) qui ont exploré l'hypothèse selon laquelle le cisaillement compressif aurait pu conduire la chimie prébiotique. La recherche paraît dans la revue Sciences chimiques et figure sur la couverture du 30e numéro et dans le cadre du 2020 Collection d'articles CHAUDS en sciences chimiques .

Chimie mécanique, ou mécanochimie, est un domaine relativement nouveau. "Les forces de cisaillement de compression sont connues pour accélérer les transformations physiques et chimiques dans les matériaux solides, " a déclaré Brad Steele, chimiste du LLNL, auteur principal de l'étude, « mais on sait peu de choses sur la façon dont ces processus se produisent, en particulier pour les molécules prébiotiques simples comme les acides aminés, qui peuvent avoir une propension à s'enchaîner."

Comme cas de test, l'équipe s'est concentrée sur la glycine, l'acide aminé protéique le plus simple et un constituant connu des corps glacés astrophysiques. "Nous avons choisi d'étudier la glycine car c'est un modèle réductionniste utile pour comprendre les fondamentaux de la synthèse mécanochimique des polypeptides, " a déclaré Nir Goldman, scientifique du LLNL, l'un des auteurs de l'étude.

Pour sonder la chimie dans des conditions aussi inhabituelles, l'équipe a développé une nouvelle approche de modélisation informatique basée sur des expériences en laboratoire. Les cellules à enclume de diamant (DAC) sont un outil expérimental établi pour accéder à des pressions extrêmement élevées en comprimant un échantillon entre deux diamants. Les DAC de rotation (ou RDAC) ajoutent une composante de cisaillement en faisant tourner l'un des losanges. "Nous avons développé un RDAC virtuel pour permettre des simulations de chimie computationnelle rapides de la mécanochimie, " a déclaré Matt Kroonblawd, chimiste du LLNL, qui a conçu et coordonné l'étude.

Grâce à de nombreuses simulations informatiques de la glycine dans un RDAC virtuel, une image claire a commencé à émerger. Au dessus d'une certaine pression, chaque simulation de cisaillement prédit la formation de grosses molécules polymères. Parmi ceux-ci se trouvait le polypeptide le plus simple :la glycylglycine. Une foule d'autres molécules complexes ont également été trouvées, y compris ceux cycliques et ceux avec des centres chiraux. "Notre étude a révélé une chimie étonnamment complexe provenant d'une molécule aussi simple, " a déclaré Will Kuo, scientifique du LLNL, l'un des auteurs.

Le travail indique que les forces de cisaillement compressives sont un moteur potentiel pour des chimies nouvelles et inhabituelles dans les matériaux organiques. Les conditions de cisaillement compressif sont atteintes dans de nombreuses situations, comme dans les chocs, détonations et dans les matériaux soumis à de fortes contraintes. La méthodologie RDAC virtuelle permettra de faire des prédictions rapides de la mécanochimie pour d'autres matériaux dans de telles conditions.