Acredita-se que pequenas bolhas cheias de gás nas rochas porosas encontradas ao redor de fontes termais tenham desempenhado um papel importante na origem da vida. As diferenças de temperatura na interface entre as fases líquidas podem, portanto, ter iniciado a evolução química prebiótica.

Uma infinidade de processos físico-químicos deve ter criado as condições que possibilitaram o surgimento de sistemas vivos na Terra primitiva. Em outras palavras, a era da evolução biológica deve ter sido precedida por uma fase - presumivelmente prolongada - de evolução química "pré-biótica", durante o qual as primeiras moléculas informativas capazes de se replicar foram montadas e selecionadas. Esse cenário imediatamente levanta outra questão:sob quais condições ambientais a evolução pré-biótica poderia ter ocorrido? Um cenário possível tem sido discutido e explorado há muito tempo - minúsculos poros em rochas vulcânicas. Uma equipe internacional de pesquisadores liderada por Dieter Braun (Professor de Biofísica de Sistemas na Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) em Munique) agora deu uma olhada mais de perto nas interfaces água-ar nesses poros. Eles se formam espontaneamente em bolhas cheias de gás e mostram uma interessante combinação de efeitos.

Eles descobriram que poderiam ter desempenhado um papel importante na facilitação das interações físico-químicas que contribuíram para a origem da vida. Especificamente, Braun e seus colegas perguntaram se tais interfaces poderiam ter estimulado os tipos de reações químicas que desencadearam os estágios iniciais da evolução química pré-biótica. Suas descobertas aparecem no principal jornal Química da Natureza .

O estudo apóia fortemente a noção de que pequenas bolhas cheias de gás que ficaram presas, e reagiu com, as superfícies dos poros nas rochas vulcânicas poderiam de fato ter acelerado a formação das redes químicas que deram origem às primeiras células. Assim, os autores puderam verificar experimentalmente e caracterizar os efeitos facilitadores das interfaces ar-água nas reações químicas relevantes. Se houver uma diferença de temperatura ao longo da superfície dessa bolha, a água tende a evaporar no lado mais quente e condensar no lado mais frio, assim como uma gota de chuva que cai em uma janela escorre pela superfície plana do vidro e eventualmente evapora. "Em princípio, este processo pode ser repetido ad infinitum, uma vez que a água circula continuamente entre a fase gasosa e a fase líquida, "diz Braun, que caracterizou o mecanismo e os processos físicos subjacentes em detalhes, junto com seu aluno de doutorado Matthias Morasch e outros membros de seu grupo de pesquisa. O resultado desse fenômeno cíclico é que as moléculas se acumulam em concentrações muito altas no lado mais quente da bolha.

"Começamos fazendo uma série de medições das taxas de reação em várias condições, a fim de caracterizar a natureza do mecanismo subjacente, "diz Morasch. O fenômeno revelou-se surpreendentemente eficaz e robusto. Mesmo pequenas moléculas podem ser concentradas em níveis elevados." Testamos então uma ampla gama de processos físicos e químicos, que deve ter desempenhado um papel central na origem da vida - e todos eles foram marcadamente acelerados ou tornados possíveis sob as condições prevalecentes na interface ar-água. "O estudo se beneficiou das interações entre o grupo de biofísicos de Braun e os especialistas em disciplinas como química e geologia que trabalham junto com ele no Centro Colaborativo de Pesquisa (SFB / TRR) sobre a Origem da Vida (que é financiado pela DFG), e de cooperações com membros de equipes internacionais.

Por exemplo, os pesquisadores do LMU mostram que os processos físico-químicos que promovem a formação de polímeros são estimulados - ou possibilitados em primeiro lugar - pela disponibilidade de uma interface entre o ambiente aquoso e a fase gasosa, que aumenta significativamente as taxas de reações químicas e mecanismos catalíticos. Na verdade, em tais experimentos, moléculas podem ser acumuladas em altas concentrações dentro das membranas lipídicas quando os pesquisadores adicionam os constituintes químicos apropriados. "The vesicles produced in this way are not perfect. But the finding nevertheless suggests how the first rudimentary protocells and their outer membranes might have been formed, " 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, " ele adiciona.