science >> Wetenschap >  >> Chemie

Door elektriciteit aangedreven onderzeese reacties kunnen belangrijk zijn geweest voor het ontstaan ​​van leven

De onderzoeksgroep heeft een effectief mechanisme voorgesteld om de chemische energie te gebruiken die wordt gegenereerd door hete hydrothermische vloeistoffen die uit hydrothermale ventilatieopeningen op de vroege oceaanbodem van de aarde stromen voor de synthese van biomoleculen. Krediet:ELSI

Hoewel het onbekend is hoe het leven begon, er is een gemeenschap van wetenschappers die vermoedt dat het gebeurde in of rond hydrothermale diepzeeomgevingen. Op dergelijke locaties water verwarmd door contact met hete rotsen van de aardmantel stroomt in de lagere oceaan, over en door mineralen gaan die zelf worden neergeslagen door de interactie van dit hete water met koud zeewater. De mineralen bevatten vaak metaalsulfiden, zoals ijzersulfide, ook bekend als pyriet of dwaas goud. Terwijl ze neerslaan, deze minerale precipitaten beginnen kanalen te vormen voor het warme ontluchtingswater, en aangezien de metaalbevattende mineralen elektrisch geleidend zijn en de samenstelling van het afvoerwater en het oceaanwater verschillend zijn, er wordt een elektrische gradiënt gecreëerd - zoiets als een natuurlijke batterij - waarbij elektrische stroom uit het ventilatiewater door de mineralen en in de oceaan stroomt. Een team onder leiding van wetenschappers van Tokyo Institute of Technology/Earth-Life Science Institute (ELSI) heeft nu via zorgvuldige laboratoriumexperimenten aangetoond dat deze stroom de metaalsulfidemineralen kan reduceren tot inheemse metalen en gemengde metaalsulfide/metaalconglomeraten, wat op zijn beurt de reductie van verschillende organische verbindingen kan verminderen en katalyseren.

Het team onder leiding van Norio Kitadai, een gelieerde wetenschapper van het Tokyo Institute of Technology/Earth-Life Science Institute (ELSI) en een wetenschapper bij het Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC), produceerde een reeks elektrochemische reacties in het laboratorium waarvan wordt vermoed dat ze zijn gegenereerd in hydrothermale ventilatieomgevingen in de vroege oceaanbodem. Ze toonden aan dat metaalsulfiden, waaronder die van ijzer, koper, leiding, en zilver (waarvan sommige veel voorkomende mineralen zijn in hydrothermale ventilatieomgevingen), werden door elektroreductie omgezet in natuurlijke metalen. Tijdens het proces werden ook complexen van metaalsulfide en gereduceerd metaal geproduceerd. Er werd ook ontdekt dat verschillende organische chemische reacties die onmisbaar zijn in het moderne leven, door deze complexen werden bevorderd. De auteurs geloven dat de metalen en metaalsulfiden dienden als reductiemiddelen en katalysatoren voor deze reacties.

Dit onderzoek identificeert een nieuw mechanisme voor het creëren van organische verbindingen aangedreven door hydrothermische elektriciteitsopwekking in hydrothermische vloeistoffen. Een spannende implicatie van dit werk is dat, aangezien elektrische stroom universeel lijkt te worden opgewekt in diepzee hydrothermale ontluchtingsomgevingen op aarde, overal in de kosmos waar dergelijke hydrothermische processen plaatsvinden, zou dit soort chemie eveneens moeten worden bevorderd. Inderdaad, recente astronomische en op ruimtevaartuigen gebaseerde waarnemingen suggereren dat er krachtige hydrothermische activiteit kan zijn op de manen van Saturnus en Jupiter (Enceladus en Europa), en hydrothermische activiteit was waarschijnlijk gebruikelijk op het vroege Mars. Verder onderzoek naar de effecten van verschillende metalen en elektrische gradiënten zal naar verwachting veel meer onthullen over de omgevingsomstandigheden die prebiotische chemie kunnen vergemakkelijken. Dit zou uiteindelijk kunnen leiden tot een beter begrip van de universaliteit en gelijkenis van het leven in het universum.

Conceptueel diagram van een hydrothermale opening waarvan wordt aangenomen dat deze wijdverspreid is op de Hadean-zeebodem. Waterstof en waterstofsulfide in hydrothermische vloeistoffen worden geoxideerd in de ventilatieopening, en de gegenereerde elektronen stromen weg van de ventilatieopening langs het elektrische potentiaalverschil tussen hydrothermische vloeistoffen en zeewater, die een constante elektrische stroom genereert (hydrothermische elektriciteitsopwekking). Krediet:Kitadai et al. (2019) Wetenschappelijke vooruitgang