Що породило життя на Землі: вчені вважають, що знайшли той самий процес, прихований у надрах

Історія Землі налічує понад 4,5 мільярда років і за цей час наша планета сильно змінилася. Нам багато відомо про будову нашої планети, але однією з найбільших загадок є те, як саме життя зародилося на Землі, пише Science Alert.

Попередні дослідження часто фокусувалися на ролі глибоководних гідротермальних джерел — структур, що підносяться на дні океану і постійно викидають суміш органічних і неорганічних матеріалів. Відомо, що в цих струменях містяться мінерали, відомі як сульфіди заліза і, на думку вчених, імовірно, могли запустити найбільш ранні хімічні реакції, що зародили життя.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Зазначимо, що ці ж мінерали зустрічаються в гарячих джерелах і сьогодні. Наприклад, у Великому призматичному джерелі в Єллоустоунському національному парку. Гарячі джерела — водойми з ґрунтовими водами, підігрітими вулканічною активністю, що вирує під поверхнею Землі.

Нове дослідження, проведене вченими з Університету Нового Південного Веса в Сіднеї, доповнює масив доказів, що стародавні версії цих гарячих джерел могли зіграти ключову роль у виникненні життя на планеті.

Фіксація вуглецю — це процес, за допомогою якого живі організми перетворюють вуглекислий газ, що міститься в повітрі та розчинений у воді, на органічні молекули. Багато форм життя, включно з рослинами, бактеріями й мікроорганізмами, відомими як археї, мають різні шляхи для досягнення цього. Фотосинтез — один із прикладів.

За словами кандидата наук у галузі пребіотичної хімії Куока Фионга Трана, кожен із цих шляхів насправді містить каскад ферментів і білків, до того ж деякі з них містять ядра заліза і сірки. Вчені можуть знайти білки з цими залізно-сірчаними кластерами у всіх формах життя. Ба більше, вчені вважають, що всі вони сходять до Останнього Універсального Спільного предка — стародавньої прабатьківської клітини, з якої й еволюціонувало все розмаїття життя.

Сульфіди заліза — це мінерали, що утворюються під час реакції розчиненого заліза з сірководнем — вулканічним газом, через який гарячі джерела пахнуть тухлими яйцями. Якщо поглянути на структуру цих сульфідів, можна виявити, що деякі з них імовірно схожі на залізно-сірчані кластери.

Цей зв'язок між сульфідами заліза і фіксацією вуглецю привів деяких дослідників до припущення, що ці мінерали зіграли вирішальну роль у переході від ранньої геохімії Землі до біології. У новій роботі вчені розширили ці знання, вивчивши хімічну активність сульфідів заліза в древніх гарячих джерелах, які мають схожу геохімію з глибоководними джерелами.

Команда виготовила невелику камеру, що дозволило їм імітувати середовище гарячих джерел на ранній планеті. Далі вони розподілили синтезовані зразки сульфіду заліза по камері: деякі були чистими, а інші — дозовані металами, що зустрічаються в гарячих джерелах. Лампа над цими зразками імітувала сонячне світло на поверхні ранньої Землі. Зазначимо, що вчені використовували різні лампи, щоб імітувати освітлення з різною кількістю ультрафіолетового випромінювання.

Діоксид вуглецю і водень постійно прокачувалися через камеру і вчені змогли показати, що ці гази відіграють важливу роль у фіксації вуглецю з глибоководних джерел. Вчені виявили, що всі синтезовані зразки сульфіду заліза здатні виробляти метанол, продукт фіксації вуглецю, різною мірою. А результати вказують на те, що сульфіди заліза, ймовірно, сприяють фіксації вуглецю не тільки в глибоководних гідротермальних джерелах, а й у наземних джерелах. Виробництво метанолу також збільшувалося при опроміненні видимим світлом і за вищих температур.

Вчені також експериментували з різними температурами, освітленням і вмістом водяної пари. Результати вказують на те, що сульфіди заліза, ймовірно, сприяють фіксації вуглецю в наземних гарячих джерелах на ранніх етапах розвитку Землі.

Додаткові експерименти та теоретичні розрахунки показали, що виробництво метанолу відбувалося через механізм, відомий як зворотний зсув вода-газ. Цікаво, що вчені спостерігають схожу реакцію на шляху, який деякі бактерії та археї використовують для перетворення вуглекислого газу в їжу.

Вчені зазначають, що ця схожість особливо цікава, оскільки одна з них відбувається на суші, на краю гарячих джерел, а інша — у вологому середовищі всередині клітин.

Раніше Фокус писав про те, що раннє життя на Землі радикально відрізнялося від нинішнього.