Что породило жизнь на Земле: ученые считают, что нашли тот самый процесс, скрытый в недрах

История Земли насчитывает более 4,5 миллиарда лет и за это время наша планета сильно изменилась. Нам многое известно о строении нашей планеты, но одной из наибольших загадок является то, как именно жизнь зародилась на Земле, пишет Science Alert.

Предыдущие исследования часто фокусировались на роли глубоководных гидротермальных источников — возвышающихся на дне океана структур, которые постоянно выбрасывают смесь органических и неорганических материалов. Известно, что в этих струях находятся минералы, известные как сульфиды железа и, по мнению ученых, вероятно, могли запустить самые ранние химические реакции, зародившие жизнь.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Отметим, что эти же минералы встречаются в горячих источниках и сегодня. Например, в Большом призматическом источнике в Йеллоустонском национальном парке. Горячие источники — водоемы с грунтовыми водами, подогретыми вулканической активностью, бурлящей под поверхностью Земли.

Новое исследование, проведенное учеными из Университета Нового Южного Уэса в Сиднее, дополняет растущий массив доказательств, что древние версии этих горячих источников могли сыграть ключевую роль в возникновении жизни на планете.

Фиксация углерода — это процесс, посредством которого живые организмы преобразуют углекислый газ, находящийся в воздухе и растворенный в воде, в органические молекулы. Многие формы жизни, включая растения, бактерии и микроорганизмы, известные как археи, имеют разные пути для достижения этого. Фотосинтез — один из примеров.

По словам кандидата наук в области пребиотической химии Куока Фыонга Трана, каждый из этих путей на самом деле содержит каскад ферментов и белков, причем некоторые из них содержат ядра железы и серы. Ученые могут найти белки с этими железо-серными кластерами во всех формах жизни. Более того, ученые полагают, что все они восходят в Последнему Универсальному Общему предку — древней предковой клетке, из которой и эволюционировало все разнообразие жизни.

Сульфиды железа — это минералы, образующиеся при реакции растворенного железа с сероводородом — вулканическим газом, из-за которого горячие источники пахнут тухлыми яйцами. Если взглянуть на структуру этих сульфидов, можно обнаружить, что некоторые из них вероятно похожи га железо-серные кластеры.

Эта связь между сульфидами железа и фиксацией углерода привела некоторых исследователей к предположению, что эти минералы сыграли решающую роль в переходе от ранней геохимии Земли к биологии. В новой работе ученые расширили эти знания, изучив химическую активность сульфидов железа в древних горячих источниках, которые имеют схожую геохимию с глубоководными источниками.

Команда изготовила небольшую камеру, что позволило им имитировать среду горячих источников на ранней планете. Далее они распределили синтезированные образцы сульфида железа по камере: некоторые были чистыми, а другие — дозированы металлами, встречающимися в горячих источниках. Лампа над этими образцами имитировала солнечный свет на поверхности ранней Земли. Отметим, что ученые использовали разные лампы, чтобы имитировать освещение с разным количеством ультрафиолетового излучения.

Диоксид углерода и водород постоянно прокачивались через камеру и ученые смогли показать, что эти газы играют важную роль в фиксации углерода с глубоководными источниками. Ученые обнаружили, что все синтезированные образцы сульфида железа способны производить метанол, продукт фиксации углерода, в разной степени. А результаты указывают на то, что сульфиды железа, вероятно, способствуют фиксации углерода не только в глубоководных гидротермальных источниках, но и в наземных источниках. Производство метанола также увеличивалось при облучении видимым светом и при более высоких температурах.

Ученые также экспериментировали с различными температурами, освещением и содержанием водяного пара. Результаты указывают на то, что сульфиды железа, вероятно, способствуют фиксации углерода в наземных горячих источниках на ранних этапах развития Земли.

Дополнительные эксперименты и теоретические расчеты показали, что производство метанола происходило через механизм, известный как обратный сдвиг вода-газ. Любопытно, что ученые наблюдают похожую реакцию в пути, который некоторые бактерии и археи используют для превращения углекислого газа в пищу.

Ученые отмечают, что это сходство особенно любопытно, так как одно из них происходит на суше, на краю горячих источников, а другое — во влажной среде внутри клеток.