Ученые раскрыли возможную роль сульфидов железа в зарождении жизни в наземных горячих источниках

Международная группа ученых опубликовала исследование, подчеркивающее потенциальную роль сульфидов железа в формировании жизни в наземных горячих источниках ранней Земли. Согласно исследователям, сульфиды могли катализировать восстановление газообразного диоксида углерода (CO₂) в пребиотические органические молекулы неферментативными путями.

Эта работа, опубликованная в Nature Communications, дает новое представление о ранних углеродных циклах Земли и пребиотических химических реакциях, подчеркивая значимость сульфидов железа для гипотезы о зарождении жизни в наземных горячих источниках.

Исследование проводилось под руководством ученых из Китая, Японии и Австралии.

Роль сульфидов железа

Сульфиды железа, широко распространенные в гидротермальных системах ранней Земли, могли способствовать ключевым пребиотическим реакциям, подобно кофакторам в современных метаболических системах. Ранее исследования роли сульфидов железа в происхождении жизни были сосредоточены в основном на глубоководных щелочных гидротермальных источниках.

Однако наземные горячие источники также рассматриваются как вероятное место зарождения жизни из-за богатого минерального состава, разнообразия химических веществ и обилия солнечного света.

Экспериментальные результаты

Чтобы изучить роль сульфидов железа в наземной пребиотической фиксации углерода, команда синтезировала серию наноразмерных сульфидов железа на основе макинавита, включая чистый сульфид железа и сульфиды, легированные элементами, типичными для горячих источников (марганец, никель, титан, кобальт).

Эксперименты показали, что эти сульфиды железа могут катализировать восстановление CO₂ с помощью водорода (H₂) при температурах 80–120 °C и атмосферном давлении. Количественное определение метанола проводилось с помощью газовой хроматографии.

• Марганец: Сульфиды железа, легированные марганцем, показали особенно высокую каталитическую активность при 120 °C.
• Свет: Эта активность усиливалась под действием УФ-видимого (300–720 нм) и УФ-усиленного (200–600 нм) света, что указывает на возможную роль солнечного света в протекании реакции.
• Водяной пар: Введение водяного пара также повышало каталитическую активность, что дополнительно подтверждает гипотезу о насыщенных паром наземных горячих источниках как ключевых площадках для неферментативного органического синтеза на ранней Земле.

Механизм реакции

Используя спектроскопию диффузного отражения в ИК-Фурье области (DRIFTS), ученые установили, что реакция, вероятно, протекает по пути обратной конверсии водяного газа (RWGS): CO₂ сначала восстанавливается до монооксида углерода (CO), который затем гидрируется с образованием метанола.

Расчеты метода функционала плотности (DFT) показали, что легирование марганцем не только снижает энергию активации реакции, но и создает высокоэффективные центры переноса электронов, повышая общую эффективность.

Значение исследования

Окислительно-восстановительные свойства сульфидов железа делают их функциональными аналогами современных метаболических ферментов, обеспечивая химическую основу для пребиотической фиксации углерода. Это исследование открывает новые направления для изучения происхождения жизни на Земле и поиска внеземной жизни.