Международная группа исследователей изучила роль сульфида железа в химических реакциях, которые могли спровоцировать зарождение жизни на Земле. В лабораторных условиях исследователи обнаружили процессы, позволяющие превращать углекислый газ (CO2) в органические молекулы в древних горячих источниках. Это открытие поможет объяснить возникновение молекул-предшественниц жизни и пригодится астробиологам.
В ранней стадии развития жизни на Земле горячие источники и минералы с сульфидом железа могли сыграть существенную роль. Это неорганическое вещество способно ускорять химические реакции и напоминает коферменты, участвующие в современных биохимических процессах.
В 1988 году немецкий юрист и химик Гюнтер Вэхтерсхойзер выдвинул гипотезу мира сульфидов железа. По его мнению, самый первый организм на Земле появился в вулканическом гидротермальном потоке с высокой температурой (100 °С) и давлением на поверхности кристаллов сульфидов железа. Эта форма жизни с сложной химической структурой использовала каталитические центры на основе переходных металлов, таких как железо и никель. Возможно, также цинк, кобальт, марганец и вольфрам.
Роль сульфидов железа в древних горячих источниках изучена недостаточно. Авторы нового исследования… опубликованного в журнале Nature CommunicationsПредположили, что сульфиды железа способствовали превращению газообразного углекислого газа в пребиотические органические молекулы.
Учёные под руководством Джинбо Нана из Нанкинского института геологии и палеонтологии и Мартина Ван Кранендонка из Университета Нового Южного Уэльса смоделировали среду древних горячих источников в лаборатории. Это дало возможность детально изучить роль сульфидов железа в фиксации углерода на начальном этапе эволюции жизни.
С помощью анаэробной камеры и газовой хроматографии исследователи синтезировали серию наноразмерных сульфидов железа из макинавита. В серии представлены чистый сульфид железа и сульфиды железа, обогащенные манган, никель, титан и кобальт, которые обычно встречаются в горячих источниках.
Ученые выяснили, что при 120 °C сульфид железа с высоким содержанием марганца производит в пять раз больше метанола (CH₃OH) по сравнению с чистым сульфидом железа. Метанол — это простая органическая молекула, которая могла быть основой для более сложных соединений.
Ультрафиолетовое и видимое излучение повысили каталитическую активность сульфида железа. Это важно, так как в начале зарождения жизни солнечное излучение было, вероятно, более интенсивным и играло важную роль в химических процессах на поверхности планеты.
Лабораторные эксперименты и теоретические расчеты установили, что обратный процесс приводит к образованию промежуточного продукта. реакцииВода и газ смешались, образовав монооксид углерода (СО), который впоследствии преобразовывался в метанол.
Открытие даст возможность узнать, как неорганические соединения могли превращаться в органические без участия живых существ и объяснить появление первых молекул, предшественниц жизни на Земле. Также будет определено условия, благоприятствующие этому процессу. Полученные результаты могут быть полезны астробиологам при поиске жизни на других планетах с подобными условиями.