化學反應引起的海底反應，對生命的出現(xiàn)很重要？

2019-09-19 09:42 作者:博科園 0人讀過 | 我要投稿

盡管對生命的起源尚不清楚，但有一群科學家懷疑發(fā)生在深海熱液環(huán)境中或附近。在這些地方，由于與來自地球地幔熱巖接觸而加熱的水流入較低海洋，流過和通過礦物，而礦物本身是由于這種熱水與冷海水的相互作用而沉淀下來。

礦物通常包括金屬硫化物，如硫化鐵，也稱為黃鐵礦或愚人金。當沉淀時，這些礦物沉淀物開始形成熱噴口水的通道，由于含有金屬的礦物具有導電性，而且噴口水和海水的成分不同，就產(chǎn)生了一種電梯度。

就像天然電池一樣，電流從噴口水通過礦物流入海洋。由東京理工學院/地球生命科學研究所(ELSI)領導的科學家通過實驗室實驗證明，這種電流可以將金屬硫化物礦物還原為天然金屬和混合金屬硫化物/金屬礫巖，從而可以減少和催化各種有機化合物的減少。由東京理工學院/地球生命科學研究所(ELSI)的科學家北田Norio Kitadai以及日本海洋與地球科學技術廳(JAMSTEC)科學家領導的研究小組在實驗室中產(chǎn)生了一系列電化學反應。

這些反應被懷疑是在海底早期熱液噴口環(huán)境中產(chǎn)生，證明了金屬硫化物，包括鐵、銅、鉛和銀(其中一些是熱液噴口環(huán)境中常見的組成礦物)，通過電還原轉(zhuǎn)化為原生金屬。在此過程中還產(chǎn)生了金屬硫化物和還原性金屬絡合物。還發(fā)現(xiàn)，這些配合物促進了現(xiàn)代生命中不可缺少的幾種有機化學反應。作者認為金屬和金屬硫化物是這些反應的還原劑和催化劑。本研究為熱液發(fā)電驅(qū)動有機化合物的生成提供了一種新機制。這項研究的一個令人興奮是，由于電流似乎普遍產(chǎn)生于地球上的深海熱液噴口環(huán)境中。

宇宙中任何發(fā)生這種熱液過程的地方都應該同樣促使這種化學反應。事實上，天文和基于航天器的觀測表明，土星和木星(土衛(wèi)二和木衛(wèi)二)的衛(wèi)星上可能存在強烈的水熱活動，而在火星早期，水熱活動可能很常見。對各種金屬和電梯度影響的進一步研究，有望揭示更多有利于生物前化學的環(huán)境條件，這最終可能更好地理解宇宙中生命的普遍性和相似性。關于生命起源最可信的假設之一是，在富含硫化物的熱液噴口環(huán)境中，存在前生物自養(yǎng)代謝。然而，利用水熱系統(tǒng)提供還原力的地球化學機制仍有待闡明。

在這項研究中展示了，在早期海洋熱液系統(tǒng)中可以實現(xiàn)的地球電化學條件下，幾種金屬硫化物(FeS、Ag2S、CuS和PbS)在≤- 0.7 V(相對于標準氫電極)下，經(jīng)過小時到一天的尺度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)化為相應的金屬。電化學制備的FeS- fe0組合促進了還原三羧酸循環(huán)中的各種反應，包括某些步驟，其效率遠遠高于純FeS。在富含h2的堿性熱液系統(tǒng)中，閾電位很容易產(chǎn)生，而這些系統(tǒng)在海底可能是普遍存在。因此，廣泛的金屬生產(chǎn)和金屬維持的原始代謝，很可能作為活躍在地熱液作用的自然結(jié)果而發(fā)生。