Investigadores liderados por Ryuhei Nakamura en el RIKEN Center for Sustainable Resource Science (CSRS) de Japón y el Earth-Life Science Institute of Technology (ELSI) del Instituto Tecnológico de Tokio han descubierto nanoestructuras inorgánicas que rodean respiraderos hidrotermales de oceánica que son sorprendentemente similares a las moléculas que hacen la vida como la conocemos posible. Estas nanoestructuras son autoorganizadas y actúan como canales iónicos selectivos, que crean energía que se puede aprovechar en forma de electricidad. Publicado Sep. 25 en Nature Communications, los hallazgos impactan no sólo nuestra comprensión de cómo comenzó la vida, sino que también se puede aplicar a la cosecha industrial de energía azul.
Cuando el agua de mar se filtra por grietas en el fondo del océano, se calienta por el magma y regresa a la superficie a través de respiraderos hidrotermales, liberando minerales disueltos. Estos precipitados minerales forman estructuras sólidas cuando el agua caliente se encuentra con el agua fría del océano. Investigadores de RIKEN CSRS descubrieron que en estos ambientes, la conversión de energía osmótica, una función vital en la vida moderna, puede ocurrir de manera abiótica. Este hallazgo podría tener implicaciones sobre el origen de la vida en la Tierra y aplicaciones en la generación de energía.
Se cree que los respiraderos hidrotermales son el lugar de nacimiento de la vida en la Tierra porque las condiciones sonas necesarias: son estables, minerales en ricos y fuentes de energía. Gran parte de la vida en la Tierra depende de la energía osmótica, que es creada por gradientes de iones - la diferencia en la concentración de sal y protones - entre el interior y el exterior de las células vivas. Los investigadores de RIKEN CSRS estaban estudiando respiraderos hidrotermales anfituentes de serpentina por esta lopentina este tipo de resquien precipitados con una estructura de capas muy forma complejada a partir de óxidos metóxidos, hidróxidos y carbonatos. "Inesperado, descubrimos que la conversión de energía osmótica, una función vital en la vida moderna de plantas, animales y microbianas, puede ocurrir abióticamente en un ambiente geológico", dice Nakamura.
Los investigadores estaban estudiando muestras recogidas del campo Shinkai Seep, en la Trinchera Mariana del Océano Pacífico a una profundidad de 5743 m. La muestra clave era pieza de 84 cm compuesta en su mayoría de brucites. Los microscopios ópticos y escaneos con haces de rayos X del tamaño de micrómetros revelaron que los cristales de brucite se arreglaron en columnas continuas que actúanban como nanocanales para el fluido de ventilación. Los investigadores notaron que la superficie del precipitado estaba cargada eléctricamente, y que el tamaño y la dirección de la carga - positivo o negativo - variaban a través de la superficie. S.- que las nanoporas estructuradas con carga variable son las señas de identidad de la conversión de energía osmótica, continuación probar si la conversión de energía osmótica se ha reevo en el fondo roca inorgánica de aguas profundas.
El equipo utilizó un electrodo para registrar la tensión real de las muestras. Cuando las muestras fueron expuestas a una concentración de cloruro de potasio, la conductación fue proporcional a la concentración de sal en la superficie de los nanoporos. Pero a más concentraciones bajas, la conductencia fue constante, no proporcional, y se adelicó por la carga eléctrica local de la superficie del precipitado. Este transporte ionrico gobitado por carga es muy similar a los canales iones de volta observadojes en células vivas como las neuronas.
Al probar las muestras con gradientes químicos que existen en el profundo océano de donde fueron extraídos, los investigadores pudieron demostrar que las nanoporas actúan como canales de iones selectivos. En lugares con carbonato a la superficie, los nanoporos permitieron que los iones de sodio positivo fluiran a través. Sin embargo, en nanoporos con calcio a la superficie, los poros solos pasar iones de cloruro negativo.
"La formación espontánea de canales iones descubiertos en respiraderos hidrotermales de aguas profundas tiene implicaciones directas para el origen de la vida en la Tierra y más", dice allá Nakamura. "En particular, nuestro estudio muestra la conversión de energía osmótica, una función vital en la vida moderna, puede ocurrir abióticamente en un entorno geológico".
Las centrales eléctricas industriales utilizan gradientes de salinidad entre el agua de mar y el agua de los ríos para generar energía, un proceso llamado cosecha de energía azul. Consorcir de Nakamura, entender cómo se generamente el ser más importante la estructura nanopora en los respiraderos hidrotermales ayudar a los ingenieros a los que se puede entender a los mejores métodos sintéticos para generar energía eléctrica a partir de la conversión osmótica.
Fuente y enlace a la investigaciòn:
- Hye-Eun Lee, Tomoyo Okumura, Hideshi Ooka, Kiyohiro Adachi, Takaaki Hikima, Kunio Hirata, Yoshiaki Kawano, Hiroaki Matsuura, Masaki Yamamoto, Masahiro Yamamoto, Akira Yamaguchi, Ji-Eun Lee, Hiroya Takahashi, Ki Tae Nam, Yasuhiko Ohara, Daisuke Hashizume, Shawn Erin McGlynn, Ryuhei Naka. Conversión de energía osmótica en respiraderos hidrotermales de aguas profundas hundidos de serpentinita. Nature Communications, 2024; 15 (1) DOI: 10.1038/s41467-024-52332-3