Come si forma spontaneamente l'urea
Scoperta una nuova reazione: potenziale per la sintesi di urea sostenibile e a basso consumo energetico
L'urea è considerata una possibile molecola chiave per l'origine della vita. I ricercatori dell'ETH hanno scoperto un modo finora sconosciuto in cui questo elemento costitutivo può formarsi spontaneamente su superfici acquose senza bisogno di ulteriore energia.
Rappresentazione grafica della formazione di urea in una gocciolina
Luis Quintero / ETH Zürich
L'urea è una delle più importanti sostanze chimiche industriali prodotte in tutto il mondo. Viene utilizzata come fertilizzante, per la produzione di resine sintetiche ed esplosivi e come additivo per la pulizia dei gas di scarico delle automobili. Si ritiene inoltre che l'urea sia un potenziale elemento chiave per la formazione di molecole biologiche come RNA e DNA, in relazione alla questione dell'origine della vita. Finora, l'origine dell'urea stessa sulla Terra primitiva non è stata chiarita in modo definitivo.
Un team di ricerca guidato da Ruth Signorell, professore di chimica fisica al Politecnico di Zurigo, ha scoperto un percorso di reazione precedentemente sconosciuto per la formazione dell'urea che potrebbe fornire una risposta. Lo studio è stato appena pubblicato sulla rivista Science.
La chimica sulla superficie dell'acqua
Per la produzione industriale di urea a partire da ammoniaca (NH₃) e anidride carbonica (CO₂) sono necessarie pressioni e temperature elevate o catalizzatori chimici. Gli enzimi permettono che la stessa reazione avvenga nell'uomo e negli animali, eliminando l'ammoniaca tossica derivante dalla scomposizione delle proteine come l'urea. Poiché questa semplice molecola contiene azoto e carbonio e probabilmente esisteva sulla Terra primitiva non abitata, molti ricercatori considerano l'urea come un possibile precursore di biomolecole complesse.
"Nel nostro studio, mostriamo un modo in cui l'urea potrebbe essersi formata sulla Terra prebiotica", afferma Signorell, "cioè dove le molecole d'acqua interagiscono con i gas atmosferici: sulla superficie dell'acqua".
Reattore sul bordo di una gocciolina
Il team di Signorell ha studiato minuscole goccioline d'acqua, come quelle che si trovano negli spruzzi marini e nella nebbia fine. I ricercatori hanno osservato che l'urea può formarsi spontaneamente da anidride carbonica (CO₂) e ammoniaca (NH₃) nello strato superficiale delle goccioline in condizioni ambientali. L'interfaccia fisica tra aria e liquido crea un ambiente chimico speciale sulla superficie dell'acqua che rende possibile la reazione spontanea.
Poiché una gocciolina ha una superficie molto ampia rispetto al suo volume, le reazioni chimiche avvengono principalmente in prossimità di questa superficie. I gradienti di concentrazione chimica si formano in quest'area, che agisce come un reattore microscopico. Il gradiente di pH attraverso lo strato interfacciale delle gocce d'acqua crea l'ambiente acido necessario, che apre vie non convenzionali che altrimenti non avrebbero luogo nei liquidi.
"L'aspetto notevole di questa reazione è che avviene in condizioni ambientali senza alcuna energia esterna", spiega Mercede Mohajer Azizbaig, uno dei due primi autori. Questo non solo rende il processo interessante dal punto di vista tecnico, ma fornisce anche preziose indicazioni su processi che potrebbero essere significativi per l'evoluzione".
Una finestra sui primi giorni della Terra
L'origine della vita è attualmente oggetto di un'ampia ricerca, con approcci diversi. Il primo autore Pallab Basuri spiega che: "In un campo di ricerca così controverso, era importante per noi corroborare le nostre osservazioni". I calcoli teorici effettuati dai coautori Evangelos Miliordos e Andrei Evdokimov dell'Università di Auburn hanno supportato i risultati sperimentali e confermato che la reazione dell'urea sulle gocce avviene senza alcun apporto di energia esterna.
I risultati suggeriscono che questa reazione naturale potrebbe essere stata possibile anche nell'atmosfera della Terra primitiva, un'atmosfera ricca di CO₂ e probabilmente contenente piccole tracce di ammoniaca. In tali ambienti, gli aerosol acquosi o le goccioline di nebbia avrebbero potuto agire come reattori naturali in cui si formavano molecole precursori come l'urea. "Il nostro studio mostra come interfacce apparentemente banali possano diventare spazi di reazione dinamici, suggerendo che le molecole biologiche potrebbero avere un'origine più comune di quanto si pensasse in precedenza", afferma Signorell.
A lungo termine, la reazione diretta di CO₂ e ammoniaca in condizioni ambientali potrebbe avere un potenziale per la produzione di urea e di prodotti a valle che rispettino il clima.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Altre notizie dal dipartimento scienza
