Onderzoek van de Universiteit van Newcastle richt zich op oude warmwaterbronnen om de oorsprong van het leven op aarde te onderzoeken.

Het onderzoeksteam onderzocht hoe de opkomst van de eerste levende systemen uit inert geologisch materiaal meer dan 3,5 miljard jaar geleden op aarde plaatsvond. Wetenschappers van de Universiteit van Newcastle ontdekten dat het mengen van waterstof, bicarbonaat en ijzerrijk magnetiet onder omstandigheden die een relatief milde hydrothermale ventilatie nabootsen resulteert in de vorming van een spectrum van organische moleculen, met name vetzuren met een lengte tot 18 koolstofatomen.

Gepubliceerd in het tijdschrift Communicatie Aarde &Milieu , onthullen hun bevindingen mogelijk hoe sommige belangrijke moleculen die nodig zijn om leven te produceren, zijn gemaakt van anorganische chemicaliën, wat essentieel is voor het begrijpen van een belangrijke stap in de manier waarop het leven miljarden jaren geleden op aarde werd gevormd.

Hun resultaten kunnen een plausibele ontstaansgeschiedenis opleveren van de organische moleculen die oude celmembranen vormen die misschien selectief werden gekozen door vroege biochemische processen op de oorspronkelijke aarde.

Vetzuren in de vroege levensfasen

Vetzuren zijn lange organische moleculen met gebieden die zowel water aantrekken als afstoten en die op natuurlijke wijze automatisch celachtige compartimenten in water vormen, en het zijn dit soort moleculen die de eerste celmembranen hadden kunnen maken. Maar ondanks hun belang was het in de vroege levensfasen onzeker waar deze vetzuren vandaan kwamen.

Eén idee is dat ze zich mogelijk hebben gevormd in de hydrothermale ventilatieopeningen, waar heet water, vermengd met waterstofrijke vloeistoffen afkomstig uit onderwateropeningen, vermengd met zeewater dat CO₂ bevat. .

De groep repliceerde cruciale aspecten van de chemische omgeving in de vroege oceanen van de aarde en de vermenging van het hete alkalische water uit bepaalde soorten hydrothermale ventilatieopeningen in hun laboratorium. Ze ontdekten dat wanneer hete, waterstofrijke vloeistoffen werden gemengd met kooldioxiderijk water in de aanwezigheid van op ijzer gebaseerde mineralen die aanwezig waren op de vroege aarde, dit de soorten moleculen creëerde die nodig zijn om primitieve celmembranen te vormen.

Hoofdauteur, Dr. Graham Purvis, voerde het onderzoek uit aan de Universiteit van Newcastle en is momenteel een postdoctoraal onderzoeksmedewerker aan de Universiteit van Durham.

Hij zei:“Centraal bij het ontstaan ​​van het leven zijn cellulaire compartimenten, cruciaal voor het isoleren van de interne chemie van de externe omgeving. Deze compartimenten speelden een belangrijke rol bij het bevorderen van levensonderhoudende reacties door het concentreren van chemicaliën en het vergemakkelijken van de energieproductie, en konden mogelijk dienen als de hoeksteen van de vroegste momenten van het leven. "

"De resultaten suggereren dat de convergentie van waterstofrijke vloeistoffen uit alkalische hydrothermale bronnen met bicarbonaatrijk water op op ijzer gebaseerde mineralen de rudimentaire membranen van vroege cellen aan het begin van het leven zou kunnen hebben neergeslagen."

"Dit proces heeft mogelijk een diversiteit aan membraantypen voortgebracht, waarvan sommige mogelijk als de bakermat van het leven dienden toen het leven voor het eerst begon. Bovendien zou dit transformatieve proces kunnen hebben bijgedragen aan het ontstaan ​​van specifieke zuren die worden aangetroffen in de elementaire samenstelling van meteorieten."

Hoofdonderzoeker Dr. Jon Telling, een lezer in biogeochemie aan de School of Natural Environmental Sciences, voegde hieraan toe:“Wij denken dat dit onderzoek de eerste stap kan zijn in de manier waarop het leven op onze planeet is ontstaan. Het onderzoek in ons laboratorium gaat nu verder met het bepalen van de tweede stap. belangrijke stap:hoe deze organische moleculen, die aanvankelijk aan de minerale oppervlakken zijn ‘geplakt’, kunnen opstijgen en bolvormige membraangebonden celachtige compartimenten kunnen vormen;

Intrigerend genoeg suggereren de onderzoekers ook dat membraancreërende reacties, soortgelijke reacties, vandaag de dag nog steeds kunnen plaatsvinden in de oceanen onder de oppervlakken van ijzige manen in ons zonnestelsel. Dit vergroot de mogelijkheid van een alternatieve oorsprong van leven in deze verre werelden.

Meer informatie: Graham Purvis et al, Generatie van vetzuren met lange ketens door waterstofgedreven bicarbonaatreductie in oude alkalische hydrothermale bronnen, Communicatie Aarde en Milieu (2024). DOI:10.1038/s43247-023-01196-4

Journaalinformatie: Communicatie Aarde &Milieu

Aangeboden door Newcastle University