Исследователи определили химические реакции, которые сыграли ключевую роль в возникновении жизни на Земле.

Когда жизнь на Земле только начинала развиваться, горячие источники и минералы с сульфидом железа (FeS) могли сыграть важную роль в этом процессе. Это неорганическое соединение известно своей способностью ускорять химические реакции и напоминает коферменты, участвующие в современных биохимических процессах.

По этой причине в 1988 году немецкий юрист и химик Гюнтер Вэхтерсхойзер выдвинул гипотезу о мире сульфидов железа. Согласно этой гипотезе, самый «первый организм» на Земле образовался в вулканическом гидротермальном потоке при высоких температурах (100 °С) и давлениях на поверхности кристаллов сульфидов железа. Эта форма жизни с сложной химической структурой использовала каталитические центры на основе таких переходных металлов, как железо и никель, а также, возможно, цинка, кобальта, марганца и вольфрама.

Тем не менее, роль сульфидов железа в условиях древних горячих источников остается недостаточно изученной. Теперь авторы нового исследования, опубликованного в журнале Nature Communications, выдвинули предположение, что сульфиды железа способствовали превращению газообразного углекислого газа в пребиотические органические молекулы.

Команда ученых под руководством Джинбо Нана (Jingbo Nan) из Нанкинского института геологии и палеонтологии (КНР) и Мартина Ван Кранендонка (Martin J. Van Kranendonk) из Университета Нового Южного Уэльса (Австралия) воссоздала среду древних горячих источников в лаборатории. Это позволило им детально исследовать роль сульфидов железа в фиксации углерода на начальных этапах эволюции жизни.

Используя анаэробную камеру и метод газовой хроматографии (физико-химический метод разделения веществ), исследователи синтезировали серию наноразмерных сульфидов железа из макинавита, включая чистый сульфид железа и сульфиды железа, обогащенные обычными элементами из горячих источников (марганец, никель, титан и кобальт).

Ученые обнаружили, что при температуре 120 °C сульфид железа, обогащенный марганцем, увеличил производство метанола (CH₃OH) в пять раз по сравнению с чистым сульфидом железа. Напомним, метанол — это простая органическая молекула, которая могла стать строительным блоком для более сложных соединений.

Каталитическая активность сульфида железа также увеличилась под воздействием ультрафиолетового и видимого света. Это важно, так как на заре жизни солнечное излучение, вероятно, было более интенсивным и играло значительную роль в химических процессах на поверхности планеты.

Таким образом, эксперименты в лабораторных условиях и теоретические расчеты показали, что промежуточным продуктом, возникающим в результате обратной реакции сдвига «вода — газ», стал монооксид углерода (СО), который затем превращался в метанол.

Это открытие поможет лучше понять, как простые неорганические соединения могли преобразовываться в органические молекулы без участия живых организмов и объяснить появление первых молекул — предшественниц жизни на Земле, а также условия, способствующие этому процессу. Результаты могут быть полезны астробиологам в поисках жизни на других планетах с аналогичными условиями.