Минералы в гидротермальных источниках могли запустить протометаболизм

Исследование показало, что минералы из глубоководных гидротермальных источников катализируют превращение CO2 и H2 в биомолекулы, демонстрируя поразительное сходство с биологическими путями.

Международная группа ученых из Германии, Франции и Японии изучила каталитические свойства минералов, обнаруженных в глубоководных гидротермальных источниках. Результаты указывают, что химические реакции, катализируемые минералами, могут быть тесно связаны с микробным метаболизмом углерода.

  • Роль гидротермальных источников: Щелочные гидротермальные источники рассматриваются как возможная среда, где могла возникнуть примитивная форма метаболизма (протометаболизм), предшествовавшая клеточной жизни.
  • Ключевой биологический путь: Один из древнейших метаболических путей — ацетил-КоА путь. Микроорганизмы используют его для фиксации CO2 в ацетат и пируват, используя H2 как источник электронов. Водород в изобилии присутствует в гидротермальных системах.
  • Идея исследования: Ученые предположили, что переходные металлы, такие как железо (Fe) и никель (Ni), которые входят в состав ферментов ацетил-КоА пути и гидротермальных минералов, могут катализировать аналогичные реакции в отсутствие ферментов.

Эксперименты с тремя минералами

Исследователи из трех лабораторий независимо провели эксперименты по восстановлению CO2 с помощью H2 в воде в присутствии минералов, обычных для гидротермальных источников:

  1. Аваруит (Ni3Fe)

  2. Магнетит (Fe3O4)

  3. Грейгит (Fe3S4)

Результаты и выводы

  • Общий результат: Все три минерала катализировали фиксацию CO2 с H2 с образованием продуктов, соответствующих биологическому ацетил-КоА пути: формиата, ацетата и пирувата.
  • Механизм: Реакции являются каталитическими и происходят на поверхности минералов. Водород выступает в роли донора электронов и энергии, как и в биологии.
  • Значение: Простые абиотические геохимические реакции могли проложить путь для раннего метаболизма, который микроорганизмы используют до сих пор. Гидротермальные минералы могли служить «геохимическими затравками» для последующего возникновения ферментативного ацетил-КоА пути.

Исследование опубликовано в журнале Nature Ecology & Evolution.