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.
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.
