El agua, preciosa y omnipresente en la tierra, aún esconde muchos misterios. Aunque esta molécula es uno de los sistemas materiales más estudiados y comunes, no todo el mundo sabe que la vida pudo continuar en la Tierra, incluso durante las edades de hielo, gracias a un delicado enlace intermolecular: el enlace de hidrógeno. Aunque su química se ha estudiado desde la escuela, la intrincada red de enlaces de hidrógeno que conectan sus moléculas sólo ahora ha revelado algunos de sus secretos más profundos. Y es historia reciente que el Consejo Nacional de Investigación contribuyó con el Instituto de procesos físico-químicos de Messina (Cnr-Ipcf) a la investigación internacional coordinada por la «École Polytechnique» de Lausana que permitió observar por primera vez direcciones directas. el enlace en la base de la vida, es decir, el enlace de hidrógeno, en agua líquida midiendo los efectos cuánticos electrónicos y nucleares.
la investigacion
«Este estudio – dice el investigador de Messina Giuseppe Cassonenacido en 1987, – empieza desde muy lejos. Se trata de una investigación conjunta, en la que se incluyen importantes esfuerzos experimentales en Lausana, en uno de los centros de excelencia europeos (Epfl), y desarrollos teórico-computacionales cruciales llevados a cabo en Messina (Cnr-Ipcf), en Trieste (Ictp) y en París. (“Escuela Normal Superior”). Esta colaboración internacional condujo a la invención de una nueva espectroscopia.denominada «espectroscopia vibratoria correlacionada («Cvs», del acrónimo inglés), que permite acceder a información microscópica que antes sólo era accesible a través de sofisticadas técnicas computacionales y que ahora es directamente detectable en el laboratorio». Y todo proviene de conexiones.
«Mi participación – continúa Cassone – en esta investigación surge de un breve período pasado en la EPFL, en Lausana, como “científico visitante” en mayo de 2023, un período en el que junto con una decena de científicos, 5 experimentales y 5 teóricos, computacional, nos reunimos para discutir la Física y la Química del agua, el elemento básico de la vida tal como la conocemos. La invitación a participar en esta serie de reuniones celebradas en Lausana surge del hecho de que, como suele ocurrir en la ciencia moderna, diferentes personas con diferentes formaciones científicas se ocupan simultáneamente de cosas similares y, mientras yo y otros físicos computacionales ya nos habíamos ocupado de la cuestión cuántica efectos que gobiernan el comportamiento del agua a través de simulaciones avanzadas por supercomputadoras, grupos experimentales estaban abordando este tema con nuevos instrumentos de laboratorio de última generación. De esta combinación de habilidades nace una investigación que promete revolucionar la forma en que investigamos los secretos microscópicos de la materia y las sustancias que nos componen, como el agua».
la tecnica
La nueva técnica desarrollada se puede aplicar a cualquier material, por lo que el impacto que promete tener esta investigación es global y trasciende la Física y la Química y podría tener implicaciones en la producción de hidrógeno, en Biología, en Bioquímica, en Ingeniería y en Ciencias de los Materiales. De hecho, el “CVS” ya está mostrando su potencial en estudios sobre otros sistemas: desde líquidos biológicos como la sangre hasta el ADN y las proteínas. esto es porqueEsta investigación internacional, publicada en la prestigiosa revista «Science», arroja luz por primera vez sobre las complejas interacciones que unen las moléculas del elemento más indispensable para la vida: el agua.
«Esta investigación – y aquí está la parte pragmática – trasciende los límites, en sí mismos muy amplios, de la física del agua y promete tener importantes implicaciones en otros sectores científicos, no sólo académicos sino también industriales. Me gustaría señalar que Messina puede presumir de una larga tradición de científicos que han trabajado y, en algunos casos, continúan trabajando, con el agua. El tema tiene una importancia obvia porque nosotros mismos somos agua: la gran mayoría de las moléculas que nos componen son moléculas de agua que interactúan mediante enlaces de hidrógeno. Además, el agua para nosotros, los sicilianos, tierra abrazada por el mar, es hoy un tema que trasciende las fronteras académicas y que, lamentablemente, nos enfrenta a la doble naturaleza, materna y madrastra, del agua misma, entre sequías e inundaciones. recurrente debido al cambio climático. También por este motivo, espero que investigaciones como la que tuve el privilegio de realizar junto con colaboradores internacionales de excepcional calibre profesional conduzcan a una mayor sensibilidad por parte de la comunidad y de las administraciones sicilianas hacia la molécula de la vida y su gestión. . De hecho, me parece absurdo que en los acueductos italianos se pierda literalmente aproximadamente el 50% del agua que fluye a través de ellos. El mantenimiento constante de las infraestructuras hidráulicas permitiría por sí solo un enorme ahorro de recursos esenciales.»
los proyectos
Y son muchos los proyectos en marcha: «Son muchos – concluye – los temas sobre los que trabajamos en nuestro grupo de computación del Cnr-Ipcf, un lugar mágico donde la investigación llamada «motivada por la curiosidad» puede realmente llevarse a cabo, guiados es decir, por simple curiosidad científica. Algunas de ellas implican el uso de técnicas de inteligencia artificial en colaboración con el profesor de Messina. Marco Saitta (mi mentor de doctorado), mientras que otros se orientan al estudio de los orígenes químicos de la vida y, otros, se ocupan de la catálisis para la producción de hidrógeno verde. Por último, mi «primer amor» científico siempre sigue siendo el estudio del agua. En este sentido, tengo la suerte de poder dirigir algunas investigaciones con varias universidades estadounidenses para encontrar patrones redundantes en el aparente desorden que caracteriza el comportamiento de las moléculas en el agua líquida. Este tipo de investigación es de particular relevancia porque identificar tales patrones representaría la clave para una comprensión profunda de la sustancia de la vida: el agua».
