Вивчивши роль сульфіду заліза в хімічних реакціях, які могли призвести до зародження життя на нашій планеті, міжнародна дослідницька група в лабораторних умовах виявила процеси, що сприяють перетворенню вуглекислого газу (CO2) на органічні молекули древніх гарячих джерел. Відкриття допоможе пояснити виникнення молекул — попередниць життя, а також стане в нагоді астробіологам.
Коли життя Землі лише починала зароджуватися, ключову роль її виникненні могли грати гарячі джерела та мінерали, містять сульфід заліза (FeS). Ця неорганічна сполука відома своєю здатністю прискорювати хімічні реакції та нагадує коферменти, які беруть участь у сучасних біохімічних процесах.
Ось чому в 1988 році німецький юрист і хімік Гюнтер Вехтерсхойзер запропонував гіпотезу світу сульфідів заліза, згідно з якою найперший організм на Землі зародився в вулканічному гідротермальному потоці (при високій температурі (100°С) і високому тиску) на поверхні кристалів сульфідів. Ця форма життя зі складною хімічною структурою використовувала каталітичні центри на основі таких перехідних металів, як залізо та нікель (і, можливо, цинку, кобальту, марганцю та вольфраму).
Однак роль сульфідів заліза в умовах, що панували в древніх гарячих джерелах, досі залишалася маловивченою.
Команда вчених під керівництвом Джинбо Нана (Jingbo Nan) з Нанкінського інституту геології та палеонтології (КНР) та Мартіна Ван Кранендонка (Martin J. Van Kranendonk) з Університету Нового Південного Уельсу (Австралія) змоделювала середовище древніх гарячих джерел у лабораторних умовах. Це дозволило їм детально вивчити роль сульфідів заліза у фіксації вуглецю першому етапі еволюції життя.
Скориставшись анаеробною камерою та застосувавши метод газової хроматографії (фізико-хімічний метод поділу речовин), дослідники синтезували серію нанорозмірних сульфідів заліза з макінавіту, включаючи чистий сульфід заліза та сульфіди заліза, збагачені звичайними елементами з гарячих джерел (марга).
Вчені виявили, що при температурі 120°C сульфід заліза, збагачений марганцем, збільшив виробництво метанолу (CH₃OH) у п’ять разів у порівнянні з чистим сульфідом заліза. Нагадаємо, метанол – це проста органічна молекула, яка могла служити будівельним блоком для складніших сполук.
Каталітичну активність сульфіду заліза також посилило вплив ультрафіолетового та видимого світла. Це важливо, оскільки на зорі зародження життя сонячне випромінювання, ймовірно, було інтенсивнішим і відігравало важливу роль у хімічних процесах на поверхні планети. Таким чином, експерименти в лабораторних умовах та теоретичні розрахунки показали, що проміжним продуктом, що виникає в результаті зворотної реакції зсуву «вода – газ», став монооксид вуглецю (СО), який потім перетворювався на метанол.
Відкриття допоможе зрозуміти, як прості неорганічні сполуки могли перетворюватися на органічні молекули без участі живих організмів, і пояснити виникнення перших молекул — попередниць життя Землі, і навіть визначити умови, які цьому сприяли. Результати можуть стати в нагоді астробіологам для пошуку життя на інших планетах зі схожими умовами.