Um processo oculto em fontes termais pode ter sido vital para a vida na Terra: WebCuriosos

Um dos maiores mistérios científicos é onde a vida na Terra começou.

A investigação tem-se centrado frequentemente no papel das fontes hidrotermais profundas – aquelas estruturas imponentes no fundo do oceano que bombeiam constantemente uma mistura de material orgânico e inorgânico.

Dentro dessas plumas estão minerais chamados sulfetos de ferro, que os cientistas acreditam poderia ter ajudado a desencadear as primeiras reações químicas que criaram a vida.

Esses mesmos minerais também são encontrados hoje em fontes termais, como a Grande Fonte Prismática no Parque Nacional de Yellowstone, nos Estados Unidos. Fontes termais são corpos de água subterrânea aquecidos pela atividade vulcânica abaixo da superfície da Terra.

Nosso nova pesquisa contribui para um pequeno, mas crescente corpo de provas que versões antigas destas fontes termais poderiam ter desempenhado um papel fundamental no surgimento da vida na Terra. Isto ajuda a preencher a lacuna entre hipóteses concorrentes sobre onde a vida poderia ter surgido.

Geoquímica para biologia

A fixação de carbono é o processo pelo qual os organismos vivos convertem o dióxido de carbono, no ar e dissolvido na água, em moléculas orgânicas.

Muitas formas de vida, incluindo plantas, bactérias e microorganismos conhecidos como archaea, têm diferentes caminhos para conseguir isso. A fotossíntese é um exemplo.

Cada uma dessas vias contém uma cascata de enzimas e proteínas, algumas das quais contêm núcleos feitos de ferro e enxofre.

Podemos encontrar proteínas com estes aglomerados de ferro-enxofre em todas as formas de vida. Na verdade, os investigadores propõem que remontam ao Último Ancestral Comum Universal – uma antiga célula ancestral da qual cientistas propõem a vida como a conhecemos evoluiu e se diversificou.

Sulfetos de ferro são minerais que se formam quando o ferro dissolvido reage com o sulfeto de hidrogênio – o gás vulcânico que faz as fontes termais cheirarem a ovos podres.

Se você observar atentamente a estrutura desses sulfetos de ferro, descobrirá que alguns deles se parecem incrivelmente com aglomerados de ferro-enxofre.

Esta ligação entre sulfetos de ferro e fixação de carbono levou alguns pesquisadores a propor que estes minerais desempenhavam um papel um papel crucial na transição da geoquímica da Terra primitiva para a biologia.

Nossa pesquisa recém-publicada expande esse conhecimento ao investigar a atividade química de sulfetos de ferro em antigas fontes termais terrestres que possuem geoquímica semelhante às fontes de águas profundas.

Câmara personalizada

Construímos sob medida uma pequena câmara que nos permitiria simular ambientes de fontes termais na Terra primitiva.

Em seguida, espalhamos amostras de sulfeto de ferro sintetizado pela câmara. Alguns eram puros. Outros foram dosados ​​com outros metais comumente encontrados em fontes termais. Uma lâmpada acima dessas amostras simulava a luz solar na superfície da Terra primitiva. Diferentes lâmpadas foram usadas para imitar a iluminação com diferentes quantidades de radiação ultravioleta.

Dióxido de carbono e gás hidrogênio eram constantemente bombeados através da câmara. Esses gases demonstraram ser importante para fixação de carbono em experimentos de ventilação em águas profundas.

Descobrimos que todas as amostras de sulfeto de ferro sintetizadas eram capazes de produzir metanol, um produto da fixação de carbono, em graus variados. Esses resultados mostraram que os sulfetos de ferro podem facilitar a fixação de carbono não apenas em fontes hidrotermais profundas, mas também em fontes termais terrestres.

A produção de metanol também aumentou com a irradiação de luz visível e em temperaturas mais elevadas.

Experimentos com temperaturas, iluminação e conteúdo de vapor d'água variados demonstraram que os sulfetos de ferro provavelmente facilitaram a fixação de carbono em fontes termais terrestres na Terra primitiva.

Um caminho antigo

Experimentos adicionais e cálculos teóricos revelaram que a produção de metanol ocorreu através de um mecanismo denominado deslocamento reverso água-gás.

Vemos uma reação semelhante no caminho que algumas bactérias e arqueas usam para transformar dióxido de carbono em alimento. Esta via é chamada de via “acetil-CoA” ou “Wood-Ljungdahl”. Propõe-se que seja a forma mais antiga de fixação de carbono que surgiu no início da vida.

Essa semelhança entre os dois processos é interessante porque o primeiro ocorre em terra firme, à beira de fontes termais, enquanto o segundo ocorre no ambiente úmido dentro das células.

Nosso estudo demonstra a produção de metanol em uma ampla gama de condições que poderiam ter sido encontradas nas primeiras fontes termais da Terra.

Nossas descobertas ampliam a gama de condições em que os sulfetos de ferro podem facilitar a fixação de carbono. Eles mostram que isso pode acontecer tanto no fundo do mar como em terra – embora através de mecanismos diferentes.

Como tal, acreditamos que estes resultados apoiam o consenso científico atual que sugere que os aglomerados de ferro-enxofre e a via do acetil-CoA são antigos e provavelmente desempenharam um papel importante no surgimento da vida – independentemente de ter acontecido em terra ou no fundo do mar. o mar.

Quoc Phuong TranDoutorando em Química Prebiótica, UNSW Sydney

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