Сканирующая трансмиссионная электронная микроскопия выявила характеристики катализатора на основе сульфида железа (макинавита). 1 кредит
Международная группа ученых опубликовала исследование, подчеркивающее потенциальную роль сульфидов железа в формировании жизни в земных горячих источниках ранней Земли. По мнению исследователей, сульфиды могли катализировать восстановление 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 значение сульфидов железа в поддержке гипотезы происхождения жизни из земных горячих источников.
Исследование провел доктор Нань Цзинбо из Нанкинского института геологии и палеонтологии Китайской академии наук; доктор Луо Шуньцинь из Национального института материаловедения Японии; Доктор Куок Фуонг Тран из Университета Нового Южного Уэльса, Австралия, и другие исследователи.
Сульфиды железа, изобилующие гидротермальными системами ранней Земли, возможно, способствовали важным пребиотическим химическим реакциям, аналогичным функциям кофакторов в современных метаболических системах. Предыдущие исследования сульфидов железа и происхождения жизни были сосредоточены в первую очередь на глубоководных щелочных гидротермальных источниках, которые обеспечивают благоприятные условия, такие как высокая температура, давление, градиенты pH и водород (H2) в результате серпентинизации — факторы, которые, как считается, поддерживают пребиотическую фиксацию углерода.
Смоделированная реакция сульфидов железа, легированных металлами, катализирующая восстановление CO₂ под действием H2 в различных условиях земных горячих источников. 1 кредит
Однако некоторые ученые предложили наземные горячие источники в качестве еще одного вероятного места возникновения жизни из-за их богатого содержания минералов, разнообразных химических веществ и обильного солнечного света.
Чтобы изучить роль сульфидов железа в земной пребиотической фиксации углерода, исследовательская группа синтезировала серию наноразмерных сульфидов железа из макинавита, включая чистый сульфид железа и сульфиды железа, легированные обычными элементами горячих источников, такими как марганец, никель, титан и кобальт.
Их эксперименты показали, что эти сульфиды железа могут катализировать восстановление CO2, вызванное H2, при определенных температурах (80–120 °C) и атмосферном давлении. Газовую хроматографию использовали для количественной оценки производства метанола.
Исследование показало, что сульфиды железа, легированные марганцем, проявляют особенно высокую каталитическую активность при 120 ° C. Эта активность еще больше усиливалась под действием УФ-видимого (300–720 нм) и усиленного УФ-излучения (200–600 нм), что позволяет предположить, что солнечный свет может играть роль в запуске этой реакции, способствуя химическим процессам. Кроме того, введение водяного пара усилило каталитическую активность, что еще раз подтверждает, что насыщенные паром земные горячие источники могли служить ключевыми местами для неферментативного органического синтеза на ранней Земле.
Расчеты с помощью теории функционала плотности (DFT) гидрирования CO2 на поверхностях чистого сульфида железа и сульфида железа, легированного марганцем. 1 кредит
Для дальнейшего изучения механизма сокращения выбросов CO2 под действием H2 команда провела анализы на месте с использованием инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье диффузного отражения (DRIFTS).
Результаты показали, что реакция, вероятно, протекает по пути обратного сдвига вода-газ (RWGS), при котором CO2 сначала восстанавливается до монооксида углерода (CO), который впоследствии гидрируется с образованием метанола.
Расчеты по теории функционала плотности (DFT) предоставили 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 характеристики сульфидов железа делают их функционально аналогичными современным метаболическим ферментам, обеспечивая химическую основу для пребиотической фиксации углерода.
Это исследование подчеркивает потенциал сульфидов железа катализировать пребиотическую фиксацию углерода в наземных горячих источниках ранней Земли, открывая новые направления для изучения происхождения жизни и поддерживая усилия по поиску внеземной жизни.
Информация от: Китайской академией наук
