Une équipe de recherche de la Texas A&M University a découvert un mécanisme physique qui pourrait aider à répondre à l'une des principales questions concernant l'origine de la vie, « Comment se sont formés les blocs de construction ? »

L'équipe de recherche est dirigée par le Dr Victor Ugaz, professeur et titulaire de la chaire Charles D. Holland '53 et de la chaire Thaman au département de génie chimique Artie McFerrin. L'équipe comprend également le Dr Yassin A. Hassan, professeur et titulaire de la chaire Sallie &Don Davis '61 et chef de département du Département de génie nucléaire.

Les scientifiques savent depuis longtemps que les éléments constitutifs de la vie – les acides aminés, les bases nucléiques et les sucres – étaient présents dans l'océan primitif, mais ils étaient très peu concentrés. Pour que la vie émerge, ces blocs de construction devaient être combinés et enrichis en macromolécules à longue chaîne. L'identification du processus et du mécanisme à l'origine de cette synthèse a été l'une des plus grandes questions concernant l'origine de la vie.

"Dans l'océan primitif, ces éléments constitutifs étaient présents dans l'environnement, " dit Ugaz. " Ils étaient là, mais ils étaient si dilués; il y a une question sur la façon dont ils se sont combinés. Un domaine d'intérêt est donc de savoir quel type de mécanisme de concentration aurait pu exister pour enrichir ces composants à un point où ils pourraient commencer à former des chaînes plus longues, molécules plus complexes.

Dans un article paru dans Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique, l'équipe de recherche Texas A&M décrit un mécanisme qui pourrait avoir joué un rôle majeur dans la combinaison de ces éléments constitutifs chimiques dilués dans les macromolécules à longue chaîne nécessaires à la vie.

L'équipe de recherche a exploré cela en créant un système modèle de cellules cylindriques qui imitent la structure des pores dans les formations minérales trouvées à proximité d'un site récemment découvert, nouveau type d'évent hydrothermal sous-marin. Les gradients de température présents dans ces évents fonctionnent comme une lampe à lave ordinaire, fluide circulant dans les minuscules pores. L'équipe a découvert que ces flux sont étonnamment complexes et chaotiques, ce qui signifie que les chemins individuels suivent un schéma général approximatif, mais aucune trajectoire n'est identique. Cette découverte a permis d'identifier les conditions où ces flux sont capables d'assurer une homogénéisation en masse des différentes molécules organiques présentes dans les évents, tout en les transportant vers des surfaces de pores catalytiquement actives où ils absorbent et réagissent.

Selon Ugaz, il existe un moyen simple d'imaginer ce phénomène. "Imaginez que vous remuez le café, et vous mettez de la crème ou quelque chose qui collerait au côté de la tasse. Lorsque vous le remuez d'une certaine manière, deux choses se produisent en fait à la fois :vous mélangez la majeure partie du liquide, mais vous le faites aussi aller à un certain endroit sur la surface de la tasse."

Ces flux se produisent naturellement dans les réseaux de pores hydrothermaux, fournissant un mécanisme intrigant pour expliquer comment des précurseurs organiques dilués dans l'océan primitif pourraient s'être assemblés en biomacromolécules complexes. Cela a été l'une des questions clés sans réponse à l'origine de la vie sur Terre, et dans les systèmes extraterrestres où des environnements hydrothermaux similaires ont été découverts. Au-delà de ce constat, la recherche est importante à bien d'autres égards.

Il existe toute une série de processus différents au-delà de la chimie biotique et prébiotique qui peuvent être catalysés dans ces environnements. D'abord, ces formations poreuses jouent un rôle majeur dans la conversion du dioxyde de carbone en divers carbonates. Les mécanismes exacts à l'origine de cette capture de dioxyde de carbone ne sont actuellement pas bien décrits. Cependant, les résultats de cette étude indiquent que ces écoulements chaotiques peuvent être en mesure d'aider à décrire ce phénomène.

Plus loin, avec une meilleure compréhension de ces flux et de la manière dont ils entraînent des réactions en surface, il est possible qu'ils puissent piloter un nouveau type de réacteur. Comme les écoulements dépendent des différences de chaleur, un tel réacteur pourrait être entièrement passif, utiliser la chaleur perdue pour entraîner des réactions.

Cette recherche a été financée en partie par la National Science Foundation.