Las fuerzas de cizallamiento de compresión masivas generadas por la atracción de las mareas de planetas similares a Júpiter en sus lunas rocosas cubiertas de hielo pueden formar un reactor natural que impulsa a los aminoácidos simples a polimerizar en compuestos más grandes. Estas fuerzas mecánicas extremas mejoran fuertemente las reacciones de condensación de moléculas, abriendo un nuevo campo de posibilidades para los orígenes químicos de la vida en la Tierra y otros planetas rocosos.

Esa es la conclusión de un nuevo estudio realizado por científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) que exploraron la hipótesis de que el cizallamiento por compresión puede haber impulsado la química prebiótica. La investigación aparece en la revista Ciencia química y aparece en la portada del número 30 y como parte del 2020 Colección de artículos de Chemical Science HOT .

Química impulsada mecánicamente, o mecanoquímica, es un campo relativamente nuevo. "Se sabe que las fuerzas de cizallamiento por compresión aceleran las transformaciones físicas y químicas en materiales sólidos, "dijo el químico de LLNL Brad Steele, autor principal del estudio, "pero se sabe poco sobre cómo ocurren estos procesos, especialmente para moléculas prebióticas simples como los aminoácidos, que pueden tener una propensión a vincularse ".

Como caso de prueba, el equipo se centró en la glicina, el aminoácido formador de proteínas más simple y un componente conocido de los cuerpos helados astrofísicos. "Elegimos estudiar la glicina porque es un modelo reduccionista útil para comprender los fundamentos de la síntesis de polipéptidos mecanoquímicos, "dijo el científico de LLNL Nir Goldman, uno de los autores del estudio.

Para sondear la química en condiciones tan inusuales, el equipo desarrolló un nuevo enfoque de modelado por computadora basado en experimentos de laboratorio. Las celdas de yunque de diamante (DAC) son una herramienta experimental establecida para acceder a presiones extremadamente altas comprimiendo una muestra entre dos diamantes. Los DAC rotacionales (o RDAC) agregan un componente de cizallamiento al girar uno de los diamantes. "Desarrollamos un RDAC virtual para permitir simulaciones rápidas de química computacional de la mecanoquímica, "dijo el químico de LLNL Matt Kroonblawd, quien diseñó y coordinó el estudio.

A través de muchas simulaciones por computadora de glicina en un RDAC virtual, empezó a surgir una imagen clara. Por encima de cierta presión cada simulación de cizallamiento predijo la formación de grandes moléculas poliméricas. Entre estos se encontraba el polipéptido más simple:la glicilglicina. También se encontraron muchas otras moléculas complejas, incluidos los cíclicos y los que tienen centros quirales. "Nuestro estudio reveló una química sorprendentemente compleja que proviene de una molécula tan simple, "dijo Will Kuo, científico de LLNL, uno de los autores.

El trabajo apunta a las fuerzas de cizallamiento por compresión como un impulsor potencial de químicas nuevas e inusuales en materiales orgánicos. Las condiciones de cizallamiento por compresión se alcanzan en muchas situaciones, como en los choques, detonaciones y en materiales sometidos a grandes esfuerzos. La metodología RDAC virtual permitirá realizar predicciones rápidas de la mecanoquímica para otros materiales en tales condiciones.