Ключевую роль в зарождении жизни на Земле могли сыграть сульфиды железа
Химики предположили, что происхождение жизни на Земле может быть неразрывно связано с сульфидами железа. По их мнению, такие соединения служили катализаторами для превращения газообразного углекислого газа в пребиотические органические молекулы на ранних этапах формирования нашей планеты.
В ранних гидротермальных системах Земли в изобилии присутствовали сульфиды железа — соединения железа и серы, которые, вероятно, играли важную роль в пребиотических химических реакциях. Ранее ученые исследовали их взаимосвязь с происхождением жизни — в основном для этих целей изучались глубоководные щелочные гидротермальные источники. В них есть все необходимые благоприятные факторы: высокая температура, давление, градиенты pH (изменение кислотности) и водород. Существует также мнение, что горячие источники на поверхности Земли могут быть вероятным местом зарождения жизни из-за их богатого минерального состава, химических элементов и обилия солнечного света.
Международная группа исследователей под руководством Нань Цзинбо из Нанкинского института геологии и палеонтологии Академии наук Китая попыталась понять, как сульфиды железа влияют на поглощение углерода пребиотиками на Земле. Для этого они синтезировали ряд наноразмерных сульфидов железа из минерала макинавит. Так они получили образцы чистого соединения и сульфидов железа, обогащенных другими элементами, которые часто встречаются в горячих источниках, таких как марганец, никель, титан и кобальт.
В ходе исследования было установлено, что сульфиды железа могут способствовать восстановлению углекислого газа (CO2) под действием водорода (H2) при определенных условиях: температуре от +80 до +120 градусов Цельсия и атмосферном давлении. Для определения количества полученного метанола применялся метод газовой хроматографии.
Эксперимент показал, что сульфиды железа, содержащие марганец, при температуре +120°C проявляют исключительную каталитическую активность – то есть химические реакции с ними протекают быстрее. Показатели усиливаются под действием света в видимом и ультрафиолетовом диапазонах (300–720 нм и 200–600 нм соответственно). Это говорит о том, что солнечный свет может стимулировать реакции, облегчая химические процессы.
Каталитическая активность также возросла после добавления водяного пара. Это подтверждает гипотезу о том, что горячие источники, насыщенные паром, могли быть ключевыми местами для неферментативного органического синтеза на ранних этапах формирования Земли.
Чтобы лучше понять, как именно водород помогает уменьшить количество выбросов углекислого газа, исследователи провели анализ с помощью метода инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье, а также вычислили коэффициент диффузного отражения. Оказалось, что добавление в соединения марганца сокращает энергию активации реакции, но при этом повышает ее эффективность.
Результаты исследования говорят о том, что сульфиды железа могут выступать в роли катализатора для того, чтобы живые организмы преобразовывали неорганический углерод в органические соединения. Это открытие дает новые возможности для изучения происхождения жизни и поиска ее признаков за пределами нашей планеты.
Ранее ученые из Японии с помощью моделирования определили возможные химические процессы, которые могли происходить в атмосфере Земли на ранних этапах формирования планеты. Они предположили, что раньше газовая оболочка была богата органическими веществами.
