Однією з провідних теорій щодо виникнення життя на Землі є його поява у гарячих джерелах на дні океану. При цьому початкова роль у забезпеченні організмів енергією відводиться хімічним реакціям із сульфідом заліза.
Сульфіди заліза та їхня роль у пребіотичних реакціях
Міжнародна група вчених опублікувала дослідження, що висвітлює потенційну роль сульфідів заліза у формуванні життя в ранніх земних гарячих джерелах. На думку дослідників, сульфіди могли каталізувати відновлення газоподібного вуглекислого газу до пребіотичних органічних молекул неферментативним шляхом.
Ця робота, опублікована в журналі Nature Communications, пропонує нове розуміння ранніх вуглецевих циклів Землі та пребіотичних хімічних реакцій, підкреслюючи значення сульфідів заліза в підтримці гіпотези походження життя з гарячих джерел на Землі.
Сульфіди заліза, поширені в гідротермальних системах ранньої Землі, могли сприяти основним пребіотичним хімічним реакціям, подібно до функції кофакторів у сучасних метаболічних системах. Попередні дослідження сульфідів заліза та походження життя були зосереджені переважно на глибоководних лужних гідротермальних джерелах, які забезпечують сприятливі умови, такі як висока температура, тиск, градієнти рН та водень (H2) від серпентинізації — фактори, які, як вважають, підтримують пребіотичну фіксацію вуглецю.
Однак деякі вчені пропонують розглядати наземні гарячі джерела як ще одне ймовірне місце зародження життя завдяки багатому вмісту мінералів, різноманітним хімічним речовинам та рясному сонячному світлу.
Каталітична активність сульфідів заліза
Щоб дослідити роль сульфідів заліза в наземній пребіотичній фіксації вуглецю, група науковців синтезувала серію нанорозмірних сульфідів заліза з макінавіту, включаючи чистий сульфід заліза та сульфіди заліза, доповані такими поширеними елементами гарячих джерел, як марганець, нікель, титан і кобальт.
Експерименти показали, що ці сульфіди заліза можуть каталізувати відновлення CO2 під дією H2 за певних температур (80–120 °C) та атмосферного тиску. Для кількісного визначення утворення метанолу використовували газову хроматографію.
Дослідження виявило, що леговані марганцем сульфіди заліза демонструють надзвичайно високу каталітичну активність при 120°C. Ця активність ще більше зростала під дією ультрафіолетового (300–720 нм) та підсиленого ультрафіолетом (200–600 нм) світла, що свідчить про те, що сонячне світло може відігравати певну роль у протіканні цієї реакції, полегшуючи хімічні процеси. Крім того, введення водяної пари підвищило каталітичну активність, ще раз підтвердивши, що наземні гарячі джерела, наповнені парою, могли слугувати ключовими місцями для неферментативного органічного синтезу на ранній Землі.
Для подальшого вивчення механізму відновлення СО2 під дією Н2 команда провела натурні дослідження з використанням інфрачервоної спектроскопії з дифузним відбиттям і перетворенням Фур’є (DRIFTS).
Ефективність реакцій із сульфідом заліза у гарячих джерелах
Результати показали, що реакція, ймовірно, протікає шляхом зворотного водно-газового зсуву (ЗВГЗ), в якому СО2 спочатку відновлюється до монооксиду вуглецю (СО), що згодом гідрується з утворенням метанолу.
Розрахунки теорії функціоналу густини (DFT) надали додаткову інформацію, показавши, що легування марганцем не тільки знижує енергію активації реакції, а й створює високоефективні центри перенесення електронів, тим самим підвищуючи ефективність реакції. Окисно-відновні характеристики сульфідів заліза роблять їх функціонально аналогічними сучасним метаболічним ферментам, забезпечуючи хімічну основу для пребіотичної фіксації вуглецю.
Це дослідження підкреслює потенціал сульфідів заліза каталізувати пребіотичну фіксацію вуглецю в ранніх земних гарячих джерелах, відкриваючи нові напрями для вивчення походження життя і підтримуючи зусилля з пошуку позаземного життя.
За матеріалами phys.org
