Chińscy naukowcy odkryli abiotyczne związki organiczne w skorupie oceanicznej, rzucając światło na głębinowe cykle węglowe i pochodzenie życia, co może mieć wpływ na znajdowanie życia na innych planetach.
Chiński zespół badawczy odkrył abiotyczne związki organiczne w skorupie oceanicznej południowo-zachodniego grzbietu indyjskiego i zaproponował molekularny mechanizm kondensacji organicznej.
Odkrycie to opiera się na ich wcześniejszej identyfikacji nanoskala abiotycznej materii organicznej w skałach płaszcza z rowu Yap w 2021 r. Oznacza to znaczący postęp w naszej wiedzy na temat głębinowego obiegu węgla i początków życia, rzucając światło na kluczowe ścieżki syntezy abiotycznych substancji organicznych w przyrodzie.
Ustalenia zespołu opublikowano w czasopiśmie „ Proceedings of National Academy of Sciences (PNAS). Dr Nan Jingbo z Instytutu Geologii i Paleontologii Chińskiej Akademii Nauk w Nanjing (NIGPAS) jest pierwszym autorem artykułu, wraz z dr Peng Xiaotongiem z Instytutu Nauki i Inżynierii Głębin Morskich Chińskiej Akademii Nauk pełniąc funkcję autora korespondencyjnego.
Pojawienie się życia i głębinowe systemy hydrotermalne
Pochodzenie życia to jedno z najtrudniejszych pytań nauki. Głębinowe systemy hydrotermalne są uważane za potencjalne miejsca pojawienia się życia i kluczowe obszary poszukiwań życia pozaziemskiego. Systemy te zapewniły idealne warunki materiałowe i energetyczne dla prebiotycznych reakcji chemicznych na wczesnej Ziemi, napędzając powstawanie małych cząsteczek organicznych w ramach katalizy nieenzymatycznej.
Na tej podstawie katalizowane minerałami reakcje polimeryzacji organicznej położyły podwaliny pod produkcję bardziej złożonych związków organicznych, ułatwiając ewolucję od prostych związków organicznych do skomplikowanych struktur funkcjonalnych i ostatecznie prowadząc do pojawienia się form życia.
Metody badawcze i wyniki
Dzięki analizie próbek bazaltu uzyskanych przez pojazd zajmowany przez ludzi (HOV) Shen Hai Yong Shi (wyprawa TS-10) Nan i jego współpracownicy po raz pierwszy zaobserwowali obecność abiotycznej materii węglowej w skali mikronowej w górna skorupa oceaniczna południowo-zachodniego grzbietu indyjskiego.
Odkryli także ścisłą korelację przestrzenną pomiędzy tą materią organiczną a produktami interakcji woda-skała, takimi jak getyt (ryc. 2).
Wykorzystując multimodalne techniki mikroanalizy in situ, w tym mikroskopię elektronową, spektrometrię mas jonów wtórnych czasu przelotu i mikroskopię sił fotoindukowanych w połączeniu ze spektroskopią w nano-podczerwieni, badacze kompleksowo potwierdzili brak charakterystycznych biomolekularnych grup funkcyjnych w materii węglowej (ryc. 3), ujawniając tym samym jego abiotyczne pochodzenie.
Spostrzeżenia teoretyczne i szersze implikacje
Na tej podstawie zespół badawczy wykorzystał obliczenia teorii funkcjonału gęstości (DFT), aby zaproponować kluczową rolę getytu w katalitycznej syntezie abiotycznej materii węglowej na skalę molekularną (ryc. 4).
W procesie tym wodór pochodzący z płynów hydrotermalnych bierze udział w cyklu katalitycznym na powierzchni getytu, odgrywając kluczową rolę w początkowej aktywacji dwutlenku węgla i wzrostu łańcucha węglowego (CC) podczas kondensacji organicznej.
To pionierskie badanie integruje transport multimodalny na miejscu mikroanaliza z obliczeniami DFT w celu zbadania naturalnej abiotycznej syntezy organicznej, zapewniająca głębokie zrozumienie mechanizmów powstawania abiotycznej materii węglowej w grzbietach śródoceanicznych, które służą jako krytyczne naturalne laboratoria.
Badania te nie tylko stanowią podstawę do zrozumienia naturalnych, organicznych reakcji katalitycznych, w których pośredniczą minerały, ale także stanowią ważne odniesienie do identyfikacji abiotycznej materii organicznej w układach hydrotermalnych na innych planetach skalistych.
Odniesienie: „Odkrywanie szlaków abiotycznej syntezy organicznej w mafijnej skorupie grzbietów śródoceanicznych”: Jingbo Nan, Xiaotong Peng, Oliver Plümper, Iris C. ten Have, Jing-Guang Lu, Qian-Bao Liu, Shao-Lin Li, Yingjie Hu, Yu Liu, Zhen Shen, Weiqi Yao, Renbiao Tao, Martina Preiner i Yongxiang Luo, 10 października 2024 r., Postępowanie Narodowej Akademii Nauk.
DOI: 10.1073/pnas.2308684121
