Se cree que las pequeñas burbujas llenas de gas en la roca porosa que se encuentran alrededor de las fuentes termales jugaron un papel importante en el origen de la vida. Por tanto, las diferencias de temperatura en la interfaz entre las fases líquidas podrían haber iniciado la evolución química prebiótica.

Una plétora 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 estado precedida por una fase, presumiblemente prolongada, de evolución química "prebiótica", durante el cual se ensamblaron y seleccionaron las primeras moléculas informativas capaces de replicarse a sí mismas. Este escenario plantea inmediatamente otra pregunta:¿En qué condiciones ambientales podría haber tenido lugar la evolución prebiótica? Un posible escenario ha sido discutido y explorado durante mucho tiempo:los poros diminutos en las rocas volcánicas. Un 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 burbujas llenas de gas y muestran una interesante combinación de efectos.

Descubrieron que podrían haber desempeñado 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 de la evolución química prebiótica. Sus hallazgos aparecen en la revista líder Química de la naturaleza .

El estudio apoya firmemente la noción de que las pequeñas burbujas llenas de gas que quedaron atrapadas, y reaccionó 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. Por lo tanto, 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 a condensarse en el lado más frío, al igual que una gota de lluvia que cae sobre una ventana corre por la superficie plana del vidrio y finalmente se evapora. "En principio, este proceso se puede repetir ad infinitum, dado que el agua circula continuamente entre la fase gaseosa y la líquida, "dice Braun, que ha caracterizado el mecanismo y los procesos físicos subyacentes en detalle, junto con su estudiante de doctorado Matthias Morasch y otros miembros de su grupo de investigación. El resultado de este fenómeno cíclico es que las moléculas se acumulan en concentraciones muy altas en el lado más cálido de la burbuja.

"Comenzamos haciendo una serie de mediciones de las velocidades de reacción en diversas condiciones, para caracterizar la naturaleza del mecanismo subyacente, ", dice Morasch. El fenómeno resultó ser sorprendentemente eficaz y robusto. Incluso las moléculas pequeñas podrían concentrarse a niveles altos". Luego probamos una amplia gama de procesos físicos y químicos, que deben haber desempeñado un papel central en el origen de la vida, y todos ellos se aceleraron notablemente o se hicieron posibles bajo las condiciones prevalecientes en la interfaz aire-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 a él en el Centro de Investigación Colaborativa (SFB / TRR) sobre el origen de la vida (que es financiado por la DFG), y de cooperaciones con miembros de equipos internacionales.

Por ejemplo, Los investigadores de la LMU muestran que los procesos fisicoquímicos que promueven la formación de polímeros son estimulados, o posibilitados en primer lugar, por la disponibilidad de una interfaz entre el medio acuoso y la fase gaseosa. que mejora notablemente las tasas 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 sugiere cómo podrían haberse formado las primeras protocélulas rudimentarias y sus membranas externas". " says Morasch.

Whether or not this sort of process can take place in such vesicles "does not depend on the nature of the gas within the bubble. What is important is that, owing to differences in temperature, the water can evaporate in one location and condense in another, " Braun explains. In earlier work, his group has already described a different mechanism by which temperature differences in water bodies can serve to concentrate molecules. "Our explanatory model enables both effects to be combined, which would enhance the concentrating effect and thus increase the efficiency of prebiotic processes, " él añade.