Ученые раскрыли возможную роль сульфидов железа в создании жизни в термальных источниках Земли
Сканирующая просвечивающая электронная микроскопия выявила характеристики катализатора из сульфида железа (макинавита). Автор: NIGPAS
Международная группа ученых опубликовала исследование, в котором подчеркивается потенциальная роль сульфидов железа в формировании жизни в ранних горячих источниках Земли. По мнению исследователей, сульфиды, возможно, катализировали превращение газообразного углекислого газа в пребиотические органические молекулы неферментативными путями.
Эта работа, опубликованная в журнале Nature Communications, предлагает новое понимание ранних углеродных циклов Земли и пребиотических химических реакций, подчеркивая важность сульфидов железа для подтверждения гипотезы о происхождении жизни из горячих источников на земле.
Исследование было проведено доктором Нань Цзинбо из Нанкинского института геологии и палеонтологии Академии наук Китая; доктором Ло Шуньцинем из Национального института материаловедения Японии; доктором Куок Фуонг Тран из Университета Нового Южного Уэльса, Австралия, и другими исследователями.
Сульфиды железа, в изобилии встречавшиеся в ранних гидротермальных системах Земли, возможно, способствовали важным пребиотическим химическим реакциям, аналогичным функциям кофакторов в современных метаболических системах. Предыдущие исследования сульфидов железа и происхождения жизни были сосредоточены главным образом на глубоководных щелочных гидротермальных источниках, которые обеспечивают благоприятные условия, такие как высокая температура, давление, градиенты рН и водород (H2) в результате серпентинизации - факторы, которые, как считается, способствуют фиксации пребиотического углерода.
Смоделированная реакция сульфидов железа, легированных металлами, катализирующая восстановление CO₂ под действием h₂ в различных условиях горячих источников на земле. Автор: NIGPAS
Геотерма́льный исто́чник (от др.-греч. γαῖα, γῆ — земля и θερμός — «тёплый, горячий») — выход на поверхность подземных вод, нагретых выше +20 °C. Также существует определение, в соответствии с которым источник называется горячим, если имеет температуру выше среднегодовой температуры данной местности.
Большинство горячих источников питаются водой, которая подогревается магматическими интрузиями в районах активного вулканизма. Однако не все термальные источники привязаны к таким областям, вода также может подогреваться конвективной циркуляцией — просачивающиеся вниз подземные воды достигают глубины около километра и более, где порода имеет более высокую температуру из-за геотермического градиента земной коры, составляющего около 30 °C на километр первые 10 км. Википедия
Сульфид железа — бинарное неорганическое соединение железа и серы: Сульфид железа(II) — FeS; Сульфид железа(II,III) — Fe3S4; Сульфид железа(III) — Fe2S3 (нестабилен); Дисульфид железа(II) — FeS2. В природе эти вещества образуют ряд минералов: Пирит, или серный колчедан, железный колчедан — кубический дисульфид железа FeS2 Марказит, или лучистый колчедан — орторомбический дисульфид железа FeS2 Пирротин, или магнитный колчедан — Fe1−xS (где x = 0…0,2), или Fe7S8 Троилит FeS, предельный случай пирротина. Википедия
Их эксперименты показали, что эти сульфиды железа могут катализировать восстановление CO2 под действием H2 при определенных температурах (80-120 °C) и атмосферном давлении. Для количественной оценки производства метанола использовали газовую хроматографию.
Исследование показало, что сульфиды железа, легированные марганцем, проявляют особенно высокую каталитическую активность при температуре 120°C. Эта активность была дополнительно усилена светом в видимом УФ-диапазоне (300-720 нм) и в ультрафиолетовом диапазоне (200-600 нм), что позволяет предположить, что солнечный свет может играть определенную роль в стимулировании этой реакции, облегчая химические процессы. Кроме того, введение водяного пара повысило каталитическую активность, что еще раз подтверждает предположение о том, что насыщенные паром наземные горячие источники, возможно, служили ключевыми местами для неферментативного органического синтеза на ранней Земле.
Расчеты методом функционала плотности (DFT) гидрирования CO2 на поверхностях чистого сульфида железа и сульфида железа, легированного марганцем. Автор: NIGPAS
Для дальнейшего изучения механизма, лежащего в основе снижения содержания CO2 под действием H2, команда ученых провела анализ на месте с использованием инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье с коэффициентом диффузного отражения (DRIFTS).
Результаты показали, что реакция, вероятно, протекает по пути обратного водогазового превращения (RWGS), при котором CO2 сначала восстанавливается до монооксида углерода (CO), который затем гидрируется с образованием метанола.
Расчеты по теории функционала плотности (DFT) позволили получить дополнительную информацию, показав, что легирование марганцем не только снижает энергию активации реакции, но и создает высокоэффективные центры переноса электронов, тем самым повышая эффективность реакции. Окислительно-восстановительные свойства сульфидов железа делают их функционально аналогичными современным метаболическим ферментам, обеспечивая химическую основу для фиксации пребиотического углерода.
Это исследование подчеркивает потенциал сульфидов железа в качестве катализатора пребиотической фиксации углерода в ранних горячих источниках Земли, открывая новые направления для изучения происхождения жизни и поддерживая усилия по поиску внеземной жизни.
Большая информация: Катализируемое сульфидом железа восстановление газообразного CO2 и фиксация пребиотического углерода в наземных горячих источниках, Nature Communications (2024). Идентификационный номер : 10.1038/s41467-024-54062-y
Источник: Chinese Academy of Sciences
0 комментариев