ScienceAlert: فرآیند پنهان در چشمه های آب گرم ممکن است برای حیات روی زمین حیاتی بوده باشد

یکی از بزرگترین رازهای علمی این است که زندگی روی زمین از کجا شروع شد.

تحقیقات اغلب بر نقش دریچه‌های گرمابی در اعماق دریا تمرکز می‌کنند – آن ساختارهای بلند در کف اقیانوس که دائماً ترکیبی از مواد آلی و معدنی را پمپاژ می‌کنند.

در این ستون‌ها مواد معدنی به نام سولفید آهن وجود دارد که دانشمندان معتقدند می‌توانند به تحریک واکنش‌های شیمیایی اولیه که حیات را ایجاد می‌کنند، کمک کنند.

همین مواد معدنی امروزه در چشمه های آب گرم مانند چشمه منشوری بزرگ در پارک ملی یلوستون در ایالات متحده نیز یافت می شود. چشمه های آب گرم، آب های زیرزمینی هستند که توسط فعالیت های آتشفشانی در زیر سطح زمین گرم می شوند.

تحقیقات جدید ما به شواهد کوچک اما رو به رشدی اضافه می کند که نسخه های باستانی این چشمه های آب گرم ممکن است نقش کلیدی در پیدایش حیات بر روی زمین داشته باشند. این به پر کردن شکاف بین فرضیه های رقیب در مورد جایی که زندگی می تواند سرچشمه گرفته باشد کمک می کند.

ژئوشیمی تا زیست شناسی

تثبیت کربن فرآیندی است که در آن موجودات زنده دی اکسید کربن موجود در هوا و محلول در آب را به مولکول های آلی تبدیل می کنند.

بسیاری از اشکال حیات، از جمله گیاهان، باکتری ها و میکروارگانیسم های معروف به آرکیا، راه های مختلفی برای دستیابی به این هدف دارند. فتوسنتز یک مثال است.

هر یک از این مسیرها حاوی آبشاری از آنزیم ها و پروتئین ها هستند که برخی از آنها حاوی هسته های ساخته شده از آهن و گوگرد هستند.

ما می‌توانیم پروتئین‌هایی را با این خوشه‌های آهن-گوگرد در همه شکل‌های زندگی پیدا کنیم. در واقع، محققان پیشنهاد می‌کنند که قدمت آن‌ها به آخرین اجداد مشترک جهانی برمی‌گردد، یک سلول اجدادی باستانی که دانشمندان از آن فرضیه می‌دهند که حیات آن‌گونه که می‌شناسیم تکامل یافته و متنوع شده است.

سولفیدهای آهن مواد معدنی هستند که هنگام واکنش آهن محلول با سولفید هیدروژن – گاز آتشفشانی که باعث می‌شود چشمه‌های آب گرم بوی تخم‌مرغ فاسد می‌دهند، تشکیل می‌شوند.

اگر به ساختار این سولفیدهای آهن دقت کنید، متوجه خواهید شد که برخی از آنها به طرز چشمگیری شبیه به خوشه های آهن-گوگرد هستند.

این ارتباط بین سولفیدهای آهن و تثبیت کربن باعث شده است که برخی از محققان پیشنهاد کنند که این مواد معدنی نقش مهمی در گذار از ژئوشیمی اولیه زمین به زیست شناسی داشتند.

تحقیقات جدید منتشر شده ما این دانش را با بررسی فعالیت شیمیایی سولفیدهای آهن در چشمه های آب گرم زمینی باستانی که دارای ژئوشیمی مشابه با دریچه های اعماق دریا هستند، گسترش می دهد.

دوربین سفارشی

ما به طور سفارشی یک محفظه کوچک ساختیم که به ما امکان می دهد یک محیط چشمه آب گرم را در زمین اولیه شبیه سازی کنیم.

سپس نمونه هایی از سولفید آهن سنتز شده را از طریق محفظه اسپری کردیم. بعضی ها تمیز بودند. برخی دیگر با فلزات دیگری که معمولاً در چشمه‌های آب گرم یافت می‌شوند دوز شدند. یک لامپ بر روی این نمونه ها نور خورشید را در سطح زمین اولیه شبیه سازی می کند. لامپ های مختلف برای تقلید نور با مقادیر مختلف تابش UV استفاده شد.

دی اکسید کربن و گاز هیدروژن به طور مداوم از داخل محفظه پمپ می شوند. نشان داده شده است که این گازها برای تثبیت کربن در آزمایشات دریچه در اعماق دریا مهم هستند.

ما دریافتیم که تمام نمونه‌های سولفید آهن سنتز شده قادر به تولید متانول، محصول تثبیت کربن، به درجات مختلف هستند. این نتایج نشان می‌دهد که سولفیدهای آهن می‌توانند تثبیت کربن را نه تنها در دریچه‌های گرمابی در اعماق دریا، بلکه در چشمه‌های آب گرم مستقر در خشکی تسهیل کنند.

تولید متانول نیز با تابش نور مرئی و در دماهای بالاتر افزایش یافت.

آزمایش‌ها با دماها، روشنایی و محتوای بخار آب مختلف نشان داد که سولفیدهای آهن احتمالاً تثبیت کربن را در چشمه‌های آب گرم زمینی در اوایل زمین تسهیل می‌کنند.

یک مسیر باستانی

آزمایش‌های بیشتر و محاسبات نظری نشان داد که تولید متانول از طریق مکانیزمی به نام تغییر معکوس آب-گاز اتفاق می‌افتد.

ما واکنش مشابهی را در روشی که برخی باکتری ها و باستانی ها دی اکسید کربن را به غذا تبدیل می کنند، مشاهده می کنیم. این مسیر «استیل-کوآ» یا «مسیر چوب-لونگدال» نامیده می‌شود. تصور می شود که این اولین شکل تثبیت کربن است که در اوایل زندگی رخ می دهد.

این شباهت بین دو فرآیند جالب است زیرا اولی در خشکی، در لبه چشمه‌های آب گرم اتفاق می‌افتد، در حالی که دومی در یک محیط مرطوب در داخل سلول‌ها اتفاق می‌افتد.

مطالعه ما تولید متانول را در طیف وسیعی از شرایط که می‌توان در چشمه‌های آب گرم اولیه زمین یافت، نشان می‌دهد.

یافته های ما دامنه شرایطی را گسترش می دهد که در آن سولفیدهای آهن می توانند تثبیت کربن را تسهیل کنند. آنها نشان می دهند که این اتفاق می تواند هم در اعماق دریا و هم در خشکی رخ دهد – البته از طریق مکانیسم های مختلف.

به این ترتیب، ما معتقدیم که این نتایج از اجماع علمی فعلی پشتیبانی می‌کنند، که نشان می‌دهد خوشه‌های آهن-گوگرد و مسیر استیل-CoA قدیمی هستند و احتمالاً نقش مهمی در پیدایش حیات داشته‌اند – چه در خشکی رخ داده باشد یا در پایین زمین. دریا

Quoc Phuong Tranدکترای شیمی پری بیوتیک، UNSW سیدنی

این مقاله از The Conversation تحت مجوز Creative Commons بازنشر شده است. مقاله اصلی را بخوانید.