Международная группа ученых опубликовала исследование, в котором подчеркивается потенциальная роль сульфидов железа в формировании жизни в ранних термальных источниках Земли. По мнению исследователей, сульфиды могли катализировать восстановление газообразного диоксида углерода в пребиотические органические молекулы через неферментативные пути.
Эта работа, опубликованная в журнале Nature Communications, предлагает новый взгляд на ранние циклы углерода на Земле и пребиотические химические реакции, подчеркивая важность сульфидов железа в подтверждении гипотезы о происхождении жизни из термальных источников на Земле.
Исследование провели Нань Цзинбо из Нанкинского института геологии и палеонтологии Китайской академии наук, Ло Шуньцинь из Национального института материаловедения Японии, Куок Фыонг Тран из Университета Нового Южного Уэльса, Австралия, и другие исследователи.
Сульфиды железа, в изобилии встречающиеся в ранних гидротермальных системах Земли, могли способствовать существенным пребиотическим химическим реакциям, аналогичным функции кофакторов в современных метаболических системах. Предыдущие исследования сульфидов железа и происхождения жизни были сосредоточены в основном на глубоководных щелочных гидротермальных источниках, которые обеспечивают благоприятные условия, такие как высокая температура, давление, градиенты pH и водород (H2 ) из серпентинизации — факторы, которые, как считается, поддерживают пребиотическую фиксацию углерода.
Однако некоторые ученые предлагают рассматривать горячие источники на Земле как еще одно вероятное место зарождения жизни из-за их богатого минерального состава, разнообразных химических веществ и обилия солнечного света.
Для изучения роли сульфидов железа в наземной пребиотической фиксации углерода исследовательская группа синтезировала серию наноразмерных сульфидов железа из макинавита, включая чистый сульфид железа и сульфиды железа, легированные распространенными элементами горячих источников, такими как марганец, никель, титан и кобальт.
Их эксперименты показали, что эти сульфиды железа могут катализировать восстановление CO 2 под действием H 2 при определенных температурах (80–120 °C) и атмосферном давлении. Газовая хроматография использовалась для количественной оценки производства метанола.
Исследование показало, что сульфиды железа, легированные марганцем, демонстрируют особенно высокую каталитическую активность при 120 °C. Эта активность была дополнительно усилена УФ-видимым (300–720 нм) и УФ-усиленным (200–600 нм) светом, что позволяет предположить, что солнечный свет может играть роль в управлении этой реакцией, способствуя химическим процессам. Кроме того, введение водяного пара усилило каталитическую активность, что еще раз подтверждает, что наземные горячие источники, насыщенные паром, могли служить ключевыми местами для неферментативного органического синтеза на ранней Земле.
Для дальнейшего изучения механизма снижения уровня CO2 под действием H2 группа провела анализы in situ с использованием инфракрасной спектроскопии Фурье с диффузным отражением (DRIFTS).
Результаты показали, что реакция, вероятно, протекает по пути обратного перехода водяного газа в газ (RWGS), в котором CO2 сначала восстанавливается до оксида углерода (CO), который затем гидрогенизируется с образованием метанола.
Расчеты теории функционала плотности (DFT) дали дополнительные сведения, показав, что легирование марганцем не только снизило энергию активации реакции, но и ввело высокоэффективные сайты переноса электронов, тем самым повысив эффективность реакции. Окислительно-восстановительные характеристики сульфидов железа делают их функционально аналогичными современным метаболическим ферментам, обеспечивая химическую основу для пребиотической фиксации углерода.
Это исследование подчеркивает потенциал сульфидов железа в качестве катализаторов пребиотической фиксации углерода в горячих источниках ранней Земли, открывая новые направления для изучения происхождения жизни и поддерживая усилия по поиску внеземной жизни.
