Новая гипотеза происхождения жизни: секреты углеродных циклов

Международная команда ученых представила исследование, где акцентируется внимание на возможной роли сульфидов железа в зарождении жизни в древних термальных источниках Земли. Ученые предположили, что сульфиды могли способствовать преобразованию диоксида углерода в органические молекулы через неферментативные процессы.

Фото: flickr.com by NASA is licensed under National Aeronautics and Space Administration

Планета Земля

Работа, опубликованная в журнале Nature Communications, проливает свет на ранние углеродные циклы и химические реакции, которые могли привести к появлению жизни. В исследовании подчеркивается значимость сульфидов железа для подтверждения гипотезы о термальных источниках как колыбели жизни.

Исследование проводилось под руководством Наня Цзинбо из Нанкинского института геологии и палеонтологии (Китай), а также Ло Шуньциня из Национального института материаловедения Японии, Куока Фыонга Трана из Университета Нового Южного Уэльса (Австралия) и других ученых.

Сульфиды железа, которые в изобилии встречались в гидротермальных системах ранней Земли, могли стать катализаторами ключевых химических реакций, аналогичных тем, что обеспечивают кофакторы современных метаболических процессов. Ранее такие исследования чаще фокусировались на глубоководных гидротермальных источниках, где благоприятные условия, включая температуру, давление и наличие водорода, способствовали фиксации углерода.

Однако ученые начали рассматривать горячие источники на поверхности Земли как альтернативное место для зарождения жизни из-за их богатого состава минералов, химических веществ и доступа к солнечному свету.

В ходе экспериментов ученые синтезировали наноразмерные сульфиды железа, добавляя в их состав элементы, характерные для горячих источников: марганец, никель, титан и кобальт. Результаты показали, что такие материалы эффективно катализируют превращение диоксида углерода в метанол при температурах 80–120 °C и нормальном давлении. Ультрафиолетовый свет и водяной пар дополнительно усиливали активность реакций.

Особенно активными оказались сульфиды железа с добавлением марганца, демонстрируя высокую эффективность под воздействием УФ-излучения и пара. Это подтверждает, что насыщенные паром наземные горячие источники могли быть идеальной средой для органического синтеза на ранней Земле.

Для изучения механизма этих процессов применялась инфракрасная спектроскопия, которая показала, что реакции шли по механизму обратного перехода водяного газа, включая превращение CO2 в CO и его последующую гидрогенизацию до метанола. Расчеты теории функционала плотности (DFT) раскрыли, что добавление марганца снижает энергию активации реакции и усиливает электронный перенос, увеличивая эффективность катализатора.

Сульфиды железа демонстрируют сходство с современными ферментами, выполняя окислительно-восстановительные функции, что делает их потенциальными катализаторами для формирования органики в условиях ранней Земли. Эти данные открывают новые горизонты для изучения происхождения жизни и поиска аналогичных процессов за пределами нашей планеты.