doi.org/10.1038/s41467-024-52332-3
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Nanoestruturas encontradas em fontes hidrotermais no fundo do oceano podem imitar processos vitais, canalizando íons e gerando energia. Isso não só apoia teorias sobre a origem da vida, como também pode ser aplicado em tecnologias de energia azul (blue energy).
Um grupo de cientistas descobriu nanostruturas inorgânicas ao redor de fontes hidrotermais nas profundezas do oceano que se assemelham às moléculas essenciais para a vida. Essas nanostruturas se organizam sozinhas e atuam como canais seletivos de íons, criando energia que pode ser convertida em eletricidade. Essa descoberta pode influenciar a nossa compreensão sobre o surgimento da vida e também ser aplicada em tecnologias para a geração de energia sustentável.
Essa pesquisa, liderada por Ryuhei Nakamura, do RIKEN Center for Sustainable Resource Science (CSRS), no Japão, e do Earth-Life Science Institute (ELSI), do Instituto de Tecnologia de Tóquio, foi recentemente publicada na revista *Nature Communications*.
Sistemas Geológicos de Energia:
Quando a água do mar penetra profundamente na Terra através de rachaduras no fundo do oceano, ela é aquecida pelo magma e sobe de volta à superfície, sendo liberada no oceano por meio de fissuras conhecidas como fontes hidrotermais. A água quente que sobe carrega minerais dissolvidos e, quando encontra a água fria do oceano, reações químicas fazem com que os íons minerais se precipitem e formem estruturas sólidas ao redor da fonte, chamadas precipitados.
Conversão de Energia Osmótica na Natureza:
Acredita-se que as fontes hidrotermais sejam o local de origem da vida na Terra, pois oferecem condições favoráveis: são estáveis, ricas em minerais e fornecem fontes de energia. Grande parte da vida na Terra depende da energia osmótica, gerada por gradientes de íons – diferenças na concentração de sais e prótons entre o interior e o exterior das células.
Os pesquisadores do CSRS estudaram fontes hidrotermais em regiões onde há precipitados minerais formados por uma estrutura complexa de óxidos metálicos, hidróxidos e carbonatos.
“Surpreendentemente, descobrimos que a conversão de energia osmótica, uma função vital para plantas, animais e microrganismos modernos, pode ocorrer abioticamente em um ambiente geológico,” afirmou Nakamura.
Observações Experimentais de Canais Iônicos
Os cientistas analisaram amostras coletadas do campo de Shinkai, localizado na Fossa das Marianas, no Oceano Pacífico, a uma profundidade de 5.743 metros. A amostra principal era composta principalmente de brucita e, através de microscópios ópticos e feixes de raios-X, descobriram que os cristais de brucita estavam organizados em colunas que funcionavam como nano-canais para o fluido das fontes hidrotermais.
Os pesquisadores perceberam que a superfície do precipitado era eletricamente carregada, e a magnitude e direção da carga variavam. Como nanoporos estruturados com carga variável são indicativos de conversão de energia osmótica, a equipe então testou se esse processo estava ocorrendo naturalmente nessas rochas inorgânicas.
Mecanismo de Transporte de Íons
A equipe utilizou um eletrodo para medir a corrente e a voltagem das amostras. Quando as amostras foram expostas a altas concentrações de cloreto de potássio, a condutância aumentou proporcionalmente à concentração de sal. Contudo, em concentrações mais baixas, a condutância se manteve constante, controlada pela carga elétrica na superfície do precipitado. Esse transporte de íons, governado pela carga, é semelhante aos canais de íons encontrados nas células vivas, como os neurônios.
Eles também descobriram que os nanoporos agiam como canais seletivos de íons. Em áreas com carbonato na superfície, os nanoporos permitiam a passagem de íons de sódio (positivos), enquanto em regiões com cálcio, apenas íons de cloro (negativos) eram permitidos.
“A formação espontânea de canais iônicos descoberta nas fontes hidrotermais tem implicações diretas para a origem da vida na Terra e além,? diz Nakamura. “Nosso estudo mostra como a conversão de energia osmótica, uma função essencial na vida moderna, pode ocorrer abioticamente em um ambiente geológico.”
Implicações para a Colheita de Energia Azul:
Plantas industriais já utilizam gradientes de salinidade entre a água do mar e a água doce para gerar energia, em um processo chamado de colheita de energia azul. Compreender como os nanoporos são gerados espontaneamente nas fontes hidrotermais pode ajudar engenheiros a desenvolver métodos mais eficientes de geração de energia elétrica a partir da conversão osmótica.
Publicado em 08/10/2024 23h34
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