I sali deliquescenti hanno forte affinità per l’umidità atmosferica. In tal modo questi composti assorbono acqua e tendono a disciogliersi formando una soluzione finché non viene raggiunto l’equilibrio tra la pressione di vapore sulla soluzione acquosa e la pressione parziale dell’acqua presente nell’atmosfera in contatto con essa.
Una particella cristallina di aerosol salino subirà deliquescenza nell’atmosfera quando l’umidità relativa sarà superiore a un valore caratteristico chiamato punto di deliquescenza.
Comuni sostanze deliquescenti sono, ad esempio, i sali cloruro di calcio, il cloruro di magnesio, il cloruro di zinco e il carbonato di sodio; deliquescente è anche la base forte idrossido di sodio. Spesso questa tipologia di sostanze viene utilizzata in laboratorio come essiccante.
Scoprire come sono nate le prime molecole biologiche (come proteine e DNA) è un obiettivo importante per i ricercatori che tentano di risolvere il mistero dell’origine della vita.
I chimici della Saint Louis University, in collaborazione con scienziati del College of Charleston e del NSF / NASA Center for Chemical Evolution, hanno pubblicato uno studio sulla rivista Nature Communications che suggerisce che i minerali deliquescenti — cioè che si dissolvono con l’acqua che assorbono dall’aria umida — possono aiutare la costruzione di proteine da elementi elementari più semplici durante i cicli programmati per imitare il giorno e la notte sulla Terra primitiva.
“In termini di storia del pianeta, come ha avuto origine la vita è probabilmente la più grande domanda scientifica che possiamo porre“, ha dichiarato Paul Bracher, Ph.D., assistente professore di chimica presso la Saint Louis University e principale investigatore dello studio.
“Un pezzo chiave di questa grande sfida è capire quanto le grandi molecole polimeriche, che sappiamo essere importanti per la vita, possano essersi formate prima che tutti i nostri meccanismi biologici si evolvessero per farli“.
Proteine di cottura nella cucina prebiotica alle origini della vita
Gli aminoacidi sono i mattoni molecolari che si collegano tra loro con legami peptidici per formare le proteine. I chimici sanno da tempo che riscaldare le miscele di aminoacidi fino ad asciugarle porta alla formazione di legami peptidici.
Le rese dei peptidi migliorano quando si aggiunge acqua e si asciuga di nuovo il campione, dopo che gli ingredienti possono essere rimescolati.
Sottoporre gli amminoacidi a ripetuti cicli bagnato-secco avrebbe potuto essere una buona ricetta per cuocere peptidi e proteine sulla Terra primitiva, poiché le calde giornate di sole interrotte da un temporale occasionale sembrano modelli meteorologici ragionevoli.
Ma una delle principali critiche a questo processo è la sua dipendenza da tempeste imprevedibili che potrebbero aver indebolito gli ingredienti in eccesso.
Acqua: un ingrediente necessario ma problematico
“Segui l’acqua” è stato il motto della NASA nella ricerca della vita fuori dal nostro pianeta. Senza acqua, la biochimica della vita come la conosciamo sarebbe impossibile.
Nella chimica dell’origine della vita, la solubilità è spesso il problema. Perché si verifichino processi chimici costruttivi, i mattoni devono dissolversi in una soluzione liquida per trovare il giusto partner per reagire. Sulla Terra, questo mezzo è l’acqua, il solvente della vita.
Tuttavia, l’acqua può essere un’arma a doppio taglio.
Anche se la vita ha bisogno di acqua per sopravvivere, troppa acqua può essere distruttiva.
La maggior parte delle molecole biologiche è soggetta all’idrolisi, un processo in cui l’acqua rompe i legami chimici. E troppa acqua alla fine inonderà le cellule in via di sviluppo che contengono le biomolecole in evoluzione, allontanandole troppo l’una dall’altra per reagire.
Un pizzico di sale
I minerali deliquescenti offrono un mezzo per superare i limiti del tradizionale ciclo bagnato-asciutto. Questi sali assorbono una quantità limitata di acqua dall’aria, in base all’umidità relativa, offrendo una regolazione naturale dell’acqua presente in una soluzione.
Il nuovo studio — una collaborazione tra scienziati della SLU e del College di Charleston — riporta come i sali deliquescenti possano aiutare a produrre peptidi dal più semplice amminoacido, la glicina, durante il ciclo auto-regolato, ripetendo il ciclo bagnato-secco.
Durante il giorno, le miscele di reazione formano peptidi quando evaporano a secchezza alle alte temperature.
Di notte, le reazioni acquisiscono acqua dall’atmosfera per formare soluzioni acquose a basse temperature, ri-bagnandosi in tal modo senza l’aggiunta di acqua da un temporale ed evitando la possibilità di un’eccessiva distruzione distruttiva.
Differenze apparentemente minori, come cambiare l’umidità ambientale dal 50% al 70%, possono portare a profonde differenze nella tendenza dei campioni ad assorbire l’acqua, e quindi, grandi differenze nelle rese delle reazioni che ospitano.
E mentre il potassio e il sodio sono vicini nella tavola periodica con reattività quasi identiche, molti sali di potassio sono deliquescenti dove le loro controparti di sodio non lo sono. Il sale K2HPO4 ha favorito la resa di peptidi dalla glicina dieci volte maggiore rispetto a Na 2 HPO 4 .
Il team ritiene che il loro sistema possa fornire indizi rilevanti per risolvere il mistero del perché tutta la vita sulla Terra spende così tanta energia per assorbire potassio all’interno delle cellule ed espellere il sodio.
“Questa ricerca creativa, esplorando come l’ambiente chimico regola la formazione di grandi molecole, rappresenta un altro passo importante verso l’obiettivo del CCE di comprendere quali sostanze chimiche sono state alla base delle prime molecole biologiche“, ha affermato il Dr. Lin He, vicedirettore della divisione di chimica della National Science Foundation.
Panifici Oltre la Terra
Nonostante il loro nome dal suono esotico, i sali deliquescenti sono comuni ed esistono in ambienti naturali dove possono svolgere un ruolo nel consentire l’esistenza di acqua liquida in ambienti altrimenti troppo freddi e / o asciutti.
In una regione iper-arida del deserto cileno di Atacama, inospitale alla vita, le comunità microbiche risiedono in depositi di alogenite minerale. La loro attività fotosintetica aumenta quando l’umidità relativa supera il 70%, superando la soglia in cui il loro ambiente di alogenite diventa deliquescente.
Anche su Marte sono state identificate miscele deliquescenti di cloruro e sali di perclorato. Queste miscele sembrano fluire stagionalmente e hanno attirato una notevole attenzione da parte degli astrobiologi come l’unica acqua liquida sulla superficie del pianeta.
Facendo uso di questi minerali presenti in natura, questo nuovo studio propone cicli bagnato-secco regolati dalle oscillazioni naturali quotidiane di temperatura e umidità – non su eventi di pioggia incontrollabili – e costituiscono un modello prebioticamente fattibile per guidare la formazione chimica di biopolimeri fondamentali per la biologia.
