תהליך נסתר במעיינות חמים עשוי להיות חיוני לחיים על פני כדור הארץ

אחת התעלומות המדעיות הגדולות ביותר היא היכן התחילו החיים על פני כדור הארץ.

המחקר התמקד לעתים קרובות בתפקידם של פתחי אוורור הידרותרמיים בים עמוקים - אותם מבנים נישאים על קרקעית האוקיינוס ​​השואבים ללא הרף תערובת של חומר אורגני ואי-אורגני.

בתוך הפלומות הללו יש מינרלים הנקראים ברזל סולפידים,מה שמדענים מאמיניםיכול היה לעזור לעורר תגובות כימיות מוקדמות שיצרו חיים.

אותם מינרלים נמצאים כיום גם במעיינות חמים, כמו המעיין הגרנד פריסמטי בפארק הלאומי ילוסטון בארצות הברית. מעיינות חמים הם גופי מי תהום המחוממים על ידי פעילות וולקנית מתחת לפני כדור הארץ.

שֶׁלָנוּמחקר חדשמוסיף לקטן אך הולך וגדלגוף הראיותשגרסאות עתיקות של מעיינות חמים אלה יכלו למלא תפקיד מרכזי בהופעת החיים על פני כדור הארץ. זה עוזר לגשר על הפער בין השערות מתחרות לגבי המקום שבו החיים יכלו להופיע.

גיאוכימיה לביולוגיה

קיבוע פחמן הוא התהליך שבו אורגניזמים חיים הופכים פחמן דו חמצני, באוויר ומומס במים, למולקולות אורגניות.

לצורות חיים רבות, כולל צמחים, חיידקים ומיקרואורגניזמים הידועים בשם ארכאה, יש מסלולים שונים להשגת זאת. פוטוסינתזה היא דוגמה אחת.

כל אחד מהמסלולים הללו מכיל מפל של אנזימים וחלבונים, שחלקם מכילים ליבות העשויות מברזל וגופרית.

אנו יכולים למצוא חלבונים עם צבירי ברזל-גופרית אלה בכל צורות החיים. למעשה, חוקרים מציעים שהם מתוארכים לאב הקדמון המשותף האוניברסלי האחרון - תא קדמון קדום שממנומדענים מציעים שהחיים כפי שאנו מכירים אותם התפתחו והתגוונו.

ברזל גופרתי הם מינרלים שנוצרים כאשר ברזל מומס מגיב עם מימן גופרתי - הגז הוולקני שגורם למעיינות חמים להריח כמו ביצים רקובות.

אם תסתכלו מקרוב על המבנה של סולפידי ברזל אלו, תגלו שחלקם נראים דומים להפליא לאשכולות ברזל-גופרית.

הקשר הזה בין סולפידים של ברזל וקיבוע פחמן הוביל כמה חוקרים להציע שהמינרלים האלה שיחקותפקיד מכריע במעבר מגיאוכימיה מוקדמת של כדור הארץ לביולוגיה.

המחקר החדש שפורסם שלנו מרחיב את הידע הזה על ידי חקירת הפעילות הכימית של סולפידים ברזל במעיינות חמים עתיקים על בסיס יבשתי שיש להם גיאוכימיה דומה לפתחי אוורור בים עמוקים.

תא בנוי בהתאמה אישית

בנינו בהתאמה אישית תא קטן שיאפשר לנו לדמות סביבות מעיינות חמים על כדור הארץ הקדום.

ואז אנחנו מפזרים דגימות גופרתי ברזל מסונתז דרך החדר. חלקם היו טהורים. אחרים קיבלו מינון של מתכות אחרות שנמצאות בדרך כלל במעיינות חמים. מנורה מעל הדגימות הללו דימה אור שמש על פני כדור הארץ המוקדם. מנורות שונות שימשו כדי לחקות תאורה עם כמויות שונות של קרינה אולטרה סגולה.

פחמן דו חמצני וגז מימן נשאבו ללא הרף דרך החדר. גזים אלה הוכחוחשוב לקיבוע פחמןבניסויי אוורור בים עמוק.

מצאנו שכל דגימות הברזל הגופרתי שסונתזו היו מסוגלות לייצר מתנול, תוצר של קיבוע פחמן, בהיקפים שונים. תוצאות אלו הראו שגופרי ברזל יכולים להקל על קיבוע פחמן לא רק בפתחי אוורור הידרותרמיים בים עמוקים אלא גם במעיינות חמים יבשתיים.

גם ייצור המתנול גדל עם קרינת אור גלוי ובטמפרטורות גבוהות יותר.

ניסויים עם טמפרטורות משתנות, תאורה ותכולת אדי מים הראו שסביר להניח שסולפידים של ברזל הקלו על קיבוע פחמן במעיינות חמים יבשתיים בכדור הארץ הקדום.

מסלול עתיק

ניסויים נוספים וחישובים תיאורטיים גילו כי ייצור מתנול התרחש באמצעות מנגנון הנקרא הפוך מים-גז היסט.

אנו רואים תגובה דומה במסלול שכמה חיידקים וארכיאה משתמשים בהם כדי להפוך פחמן דו חמצני למזון. מסלול זה נקרא מסלול "אצטיל-CoA" או "Wood-Ljungdahl". מוצע להיותהצורה המוקדמת ביותר של קיבוע פחמןשצצה בתחילת החיים.

הדמיון הזה בין שני התהליכים מעניין מכיוון שהראשון מתרחש ביבשה, בשולי מעיינות חמים, ואילו השני מתרחש בסביבה הרטובה בתוך תאים.

המחקר שלנו מדגים ייצור מתנול במגוון רחב של תנאים שניתן היה למצוא במעיינות החמים המוקדמים של כדור הארץ.

הממצאים שלנו מרחיבים את טווח התנאים שבהם סולפידים של ברזל יכולים להקל על קיבוע הפחמן. הם מראים שזה יכול לקרות גם בים העמוק וגם ביבשה - אם כי באמצעות מנגנונים שונים.

ככאלה, אנו מאמינים שתוצאות אלו תומכות בקונצנזוס המדעי הנוכחי המצביע על כך שצבירי ברזל-גופרית ומסלול האצטיל-CoA הם עתיקים וכנראה מילאו תפקיד חשוב בהופעתם של חיים - ללא קשר אם זה התרחש ביבשה או בתחתית הים.

Quoc Phuong Tran, מועמד לדוקטורט בכימיה פרה-ביוטית,UNSW סידני

מאמר זה פורסם מחדש מהשיחהתחת רישיון Creative Commons. קרא אתמאמר מקורי.