Вчені з'ясували, які хімічні реакції сприяли виникненню життя на Землі.

Коли життя на Землі тільки починало зароджуватися, ключову роль у його виникненні могли відігравати гарячі джерела та мінерали, що містять сульфід заліза (FeS). Ця неорганічна сполука відома своєю здатністю прискорювати хімічні реакції і нагадує кофактори, які беруть участь у сучасних біохімічних процесах.

Ось чому в 1988 році німецький юрист і хімік Гюнтер Вехтерсхойзер висунув гіпотезу світу сульфідів заліза, згідно з якою найперший організм на Землі зародився в вулканічному гідротермальному потоці (при високій температурі (100 °C) і високому тиску) на поверхні кристалів сульфідів заліза. Ця форма життя зі складною хімічною структурою використовувала каталізатори на основі таких перехідних металів, як залізо та нікель (і, можливо, цинку, кобальту, марганцю та вольфраму).

Проте роль сульфідів заліза в умовах, що панували в давніх гарячих джерелах, досі залишалася малодослідженою. Тепер автори нового дослідження, опублікованого в журналі Nature Communications, припустили, що сульфіди заліза сприяли перетворенню газоподібного вуглекислого газу в преорганічні органічні молекули.

Команда вчених під керівництвом Джинбо Нана (Jingbo Nan) з Нанкінського інституту геології та палеонтології (КНР) та Мартина Ван Кранендонка (Martin J. Van Kranendonk) з Університету Нового Південного Уельсу (Австралія) змоделювала середовище давніх гарячих джерел у лабораторних умовах. Це дозволило їм детально вивчити роль сульфідів заліза у фіксації вуглецю на першому етапі еволюції життя.

Скориставшись анаеробною камерою і застосувавши метод газової хроматографії (фізико-хімічний метод розділення речовин), дослідники синтезували серію наноразмерних сульфідів заліза з макинавита, включаючи чистий сульфід заліза та сульфіди заліза, збагачені звичайними елементами з гарячих джерел (марганець, нікель, титан і кобальт).

Вчені виявили, що при температурі 120 °C сульфід заліза, збагачений марганцем, збільшив виробництво метанолу (CH₃OH) у п’ять разів порівняно з чистим сульфідом заліза. Нагадаємо, метанол — це проста органічна молекула, яка могла слугувати будівельним блоком для більш складних сполук.

Каталітичну активність сульфіда заліза також посилило вплив ультрафіолетового та видимого світла. Це важливо, оскільки на зорі зародження життя сонячне випромінювання, ймовірно, було більш інтенсивним і відігравало важливу роль у хімічних процесах на поверхні планети.

Таким чином, експерименти в лабораторних умовах і теоретичні розрахунки показали, що проміжним продуктом, який виникає внаслідок зворотної реакції зсуву «вода — газ», став монооксид вуглецю (CO), який потім перетворювався в метанол.

Відкриття допоможе зрозуміти, як прості неорганічні сполуки могли перетворюватися в органічні молекули без участі живих організмів, і пояснити виникнення перших молекул — попередників життя на Землі, а також визначити умови, які цьому сприяли. Результати можуть бути корисні астробіологам для пошуку життя на інших планетах зі схожими умовами.