Una investigación científica ayudará a comprender el origen de la vida en el universo

Los procesos descritos permiten comprender cómo se forman las moléculas complejas relacionadas con el origen de la vida en el Universo. Crédito: Universidad de Samara

Científicos de la Universidad de Samara y varias universidades en los Estados Unidos han propuesto y confirmado experimentalmente nuevos mecanismos químicos fundamentales para la síntesis de hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP). Los resultados de este trabajo se presentan en el artículo publicado en la edición del 8 de octubre de la revista científica Nature Astronomy . Los procesos descritos permiten comprender cómo se forman las moléculas complejas relacionadas con el origen de la vida en el Universo. 

Hasta ahora, en la comunidad científica ha prevalecido la opinión de que los procesos térmicos asociados exclusivamente con la combustión y el procesamiento a alta temperatura de materias primas orgánicas como petróleo, carbón, madera, basura, alimentos, tabaco sustentan la formación de HAP. Sin embargo, los científicos de la Universidad de Samara, junto con sus colegas de la Universidad de Hawai, la Universidad Internacional de Florida y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley demostraron que la síntesis química de los HAP puede ocurrir a temperaturas muy bajas, principalmente a -183 ° C. 

El interés sobre este tema proviene, entre otras cosas, por los resultados de la NASA y la misión de la Agencia Espacial Europea "Cassini-Huygens" en la luna más grande de Saturno, Titán. Durante la misión espacial de una estación interplanetaria automática, la molécula de benceno fue descubierta en la atmósfera de Titán. Esto, a su vez, llevó a los científicos a creer que la aparición y el crecimiento de las capas de neblina naranja-marrón que rodean esta luna es exactamente responsabilidad de los HAP. Sin embargo, no se dieron a conocer los mecanismos químicos fundamentales que conducen a la síntesis química de HAP en la atmósfera de Titán a temperaturas muy bajas. 

Los científicos de la Universidad de Samara buscaron los mecanismos de formación de la HAP utilizando los modernos métodos de cálculo químico cuántico de alta precisión, en el marco del gran "Desarrollo de modelos de combustión físicamente conectados a tierra", bajo la guía del Profesor de la Universidad Internacional de la Florida Alexander Mebel. Basados ​​en estos datos, sus colegas de la Universidad de Hawái y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley realizaron experimentos de laboratorio que confirmaron que los prototipos de las moléculas de HAP (antraceno y fenantreno) se sintetizan en reacciones sin barreras que tienen lugar a bajas temperaturas típicas de la atmósfera de Titán. El antraceno y el fenantreno, a su vez, son los "ladrillos" originales para las moléculas de PAH más grandes, 

Vías esquemáticas involucradas en la síntesis de antraceno y fenantreno. Crédito: Universidad de Samara

"La detección experimental y la descripción teórica de estas reacciones químicas elementales cambian la noción bien establecida de que los HAP pueden formarse y son capaces de crecer solo a temperaturas muy altas, por ejemplo, en llamas de combustibles orgánicos en condiciones terrestres", concluyó Alexander Mebel. - Y esto significa que nuestro descubrimiento lleva a cambiar las opiniones científicas existentes sobre cómo se pueden formar y crecer los HAP ". 

"Tradicionalmente, los modelos de síntesis de HAP en atmósferas ricas en hidrocarburos de los planetas y sus lunas, como Titán, asumieron la presencia de altas temperaturas", destaca el profesor de la Universidad de Hawái Ralf Kaiser. Proporcionamos evidencia de una vía de reacción a baja temperatura ". 

Comprender el mecanismo del crecimiento de la HAP a bajas temperaturas permitirá a los científicos comprender cómo pueden formarse en el Universo las moléculas orgánicas complejas relacionadas con el origen de la vida. “Las moléculas similares a los HAP pequeños, pero que contienen átomos de nitrógeno, son componentes clave de los ácidos ribonucleicos (ARN, ADN) y algunos aminoácidos, es decir, componentes de proteínas, - señala Alexander Mebel. - Por lo tanto, el mecanismo de crecimiento de los HAP puede asociarse con la evolución química en el Universo, lo que lleva al origen de la vida”. 

Además, el estudio de la atmósfera de Titán ayuda a comprender los complejos procesos químicos que ocurren no solo en la Tierra, sino también en otras lunas y planetas. "Con los nuevos datos, los científicos pueden comprender mejor el origen de la vida en la Tierra en el momento en que el nitrógeno era más común en su atmósfera, como lo es ahora en Titán", dijo Musahid Ahmed, científico del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley. 

En cuanto a la aplicación del trabajo presentado, se debe mencionar que comprender el mecanismo del crecimiento de HAP en las llamas permitirá a los científicos de la Universidad de Samara ofrecer a los ingenieros los mecanismos para reducir la liberación de estas sustancias cancerígenas en el escape de varios tipos de motores. Y este es uno de los principales objetivos del megagrant implementado por la Universidad. 

Los hidrocarburos aromáticos policíclicos son compuestos orgánicos cuya estructura química contiene dos o más anillos de benceno condensados. En la naturaleza, los HAP se forman en el proceso de pirólisis de celulosa y se encuentran en las formaciones de carbón, carbón marrón y antracita, y también como un producto de combustión incompleta durante los incendios forestales. Muchos HAP son potentes carcinógenos. Las principales fuentes de emisión de HAP tecnogénicos al medio ambiente son las empresas del complejo energético, el transporte de automóviles, la industria química y la industria de refinación de petróleo. 

Megagrant “Desarrollo de modelos de combustión físicamente conectados a tierra” ha sido implementado dentro del apoyo gubernamental de la Federación Rusa para la investigación científica desde 2016. El laboratorio científico internacional "Física y Química de la Combustión", bajo la dirección del Profesor de la Universidad Internacional de la Florida, Alexander Mebel, fue establecido para implementar el megagrant en la Universidad. El proyecto está dirigido a resolver el problema de la quema: la prevención de la contaminación ambiental. Los resultados de la investigación realizada por los científicos de la Universidad de Samara en estrecha colaboración con los centros de investigación internacionales y rusos contribuirán a la creación de cámaras de combustión más eficientes para el medio ambiente y más eficientes para los motores de turbinas de gas. 

Fuente: Universidad de Samara,