Изучив роль сульфида железа в химических реакциях, которые могли привести к зарождению жизни на нашей планете, международная исследовательская группа в лабораторных условиях выявила процессы, способствующие превращению углекислого газа (CO2) в органические молекулы в древних горячих источниках. Открытие поможет объяснить возникновение молекул — предшественниц жизни, а также пригодится астробиологам.
Древний горячий источник в представлении художника / © Alex Bosoy, Design & Illustration, LLC
Когда жизнь на Земле только начинала зарождаться, ключевую роль в ее возникновении могли играть горячие источники и минералы, содержащие сульфид железа (FeS). Это неорганическое соединение известно своей способностью ускорять химические реакции и напоминает коферменты, которые участвуют в современных биохимических процессах.
Вот почему в 1988 году немецкий юрист и химик Гюнтер Вэхтерсхойзер предложил гипотезу мира сульфидов железа, согласно которой самый «первый организм» на Земле зародился в вулканическом гидротермальном потоке (при высокой температуре (100 °С) и высоком давлении) на поверхности кристаллов сульфидов железа. Эта форма жизни со сложной химической структурой использовала каталитические центры на основе таких переходных металлов, как железо и никель (и, возможно, цинка, кобальта, марганца и вольфрама).
Однако роль сульфидов железа в условиях, царивших в древних горячих источниках, до сих пор оставалась малоизученной. Теперь авторы нового исследования, опубликованного в журнале Nature Communications, предположили, предположили, что сульфиды железа способствовали превращению газообразного углекислого газа в пребиотические органические молекулы.
Команда ученых под руководством Джинбо Нана (Jingbo Nan) из Нанкинского института геологии и палеонтологии (КНР) и Мартина Ван Кранендонка (Martin J. Van Kranendonk) из Университета Нового Южного Уэльса (Австралия) смоделировала среду древних горячих источников в лабораторных условиях. Это позволило им детально изучить роль сульфидов железа в фиксации углерода на первом этапе эволюции жизни.
Воспользовавшись анаэробной камерой и применив метод газовой хроматографии (физико-химический метод разделения веществ), исследователи синтезировали серию наноразмерных сульфидов железа из макинавита, включая чистый сульфид железа и сульфиды железа, обогащенные обычными элементами из горячих источников (марганец, никель, титан и кобальт).
Ученые обнаружили, что при температуре 120 °C сульфид железа, обогащенный марганцем, увеличил производство метанола (CH₃OH) в пять раз по сравнению с чистым сульфидом железа. Напомним, метанол — это простая органическая молекула, которая могла служить строительным блоком для более сложных соединений.
Каталитическую активность сульфида железа также усилило воздействие ультрафиолетового и видимого света. Это важно, поскольку на заре зарождения жизни солнечное излучение, вероятно, было более интенсивным и играло важную роль в химических процессах на поверхности планеты.
Таким образом, эксперименты в лабораторных условиях и теоретические расчеты показали, что промежуточным продуктом, возникающим в результате обратной реакции сдвига «вода — газ», стал монооксид углерода (СО), который затем превращался в метанол.
Открытие поможет понять, как простые неорганические соединения могли превращаться в органические молекулы без участия живых организмов, и объяснить возникновение первых молекул — предшественниц жизни на Земле, а также определить условия, которые этому способствовали. Результаты могут пригодиться астробиологам для поиска жизни на других планетах со схожими условиями.
Комментарии
Открытие! Это самые обычные реакции, самые простые вещества. Их проводили, наверное, еще алхимики и уж точно в 18-19 веках химики все досконально описали и про нагревание и про каталитические свойства сульфида железа.
Завтра кто-нибудь сенсационно "откроет", что CNO-цикл звезд способствует зарождению жизни! А не существует просто так. Также и с химическими реакциями. Они просто есть и всё.