Newcastle University forskning vänder sig till gamla varma källor för att utforska ursprunget till livet på jorden.
Forskargruppen undersökte hur uppkomsten av de första levande systemen från inerta geologiska material hände på jorden för mer än 3,5 miljarder år sedan. Forskare vid Newcastle University fann att blandning av väte, bikarbonat och järnrik magnetit under förhållanden som efterliknar relativt mild hydrotermisk ventilering resulterar i att ett spektrum av organiska molekyler bildas, framför allt inklusive fettsyror som sträcker sig upp till 18 kolatomer i längd.
Publicerad i tidskriften Communications Earth &Environment , deras fynd potentiellt avslöjar hur vissa nyckelmolekyler som behövs för att producera liv är gjorda av oorganiska kemikalier, vilket är viktigt för att förstå ett nyckelsteg i hur liv bildades på jorden för miljarder år sedan.
Deras resultat kan ge en trovärdig uppkomst av de organiska molekylerna som bildar uråldriga cellmembran som kanske valdes selektivt av tidiga biokemiska processer på urjorden.
Fettsyror är långa organiska molekyler som har områden som både attraherar och stöter bort vatten som automatiskt kommer att bilda cellliknande fack i vatten naturligt, och det är dessa typer av molekyler som kunde ha gjort de första cellmembranen. Men trots deras betydelse var det osäkert var dessa fettsyror kom ifrån i de tidiga skedena av livet.
En idé är att de kan ha bildats i de hydrotermiska ventilerna där hett vatten, blandat med vätgasrika vätskor som kommer från undervattensventiler, blandat med havsvatten som innehåller CO2 .
Gruppen replikerade avgörande aspekter av den kemiska miljön som hittades i tidiga jordens hav och blandningen av det varma alkaliska vattnet från runt vissa typer av hydrotermiska ventiler i deras laboratorium. De fann att när heta vätgasrika vätskor blandades med koldioxidrikt vatten i närvaro av järnbaserade mineraler som fanns på den tidiga jorden, skapade det de typer av molekyler som behövdes för att bilda primitiva cellmembran.
Huvudförfattaren, Dr. Graham Purvis, genomförde studien vid Newcastle University och är för närvarande postdoktor vid Durham University.
Han sa:"Centralt i livets början är cellulära fack, avgörande för att isolera inre kemi från den yttre miljön. Dessa fack var avgörande för att främja livsuppehållande reaktioner genom att koncentrera kemikalier och underlätta energiproduktion, som potentiellt fungerade som hörnstenen i livets tidigaste ögonblick. "
"Resultaten tyder på att konvergensen av väterika vätskor från alkaliska hydrotermiska ventiler med bikarbonatrikt vatten på järnbaserade mineraler kunde ha fällt ut de rudimentära membranen av tidiga celler i början av livet."
"Denna process kan ha skapat en mångfald av membrantyper, några potentiellt fungerade som livets vagga när livet först började. Dessutom kan denna transformativa process ha bidragit till uppkomsten av specifika syror som finns i meteoriternas elementära sammansättning."
Chefsutredare Dr. Jon Telling, läsare i biogeokemi vid School of Natural Environmental Sciences, tillade:"Vi tror att denna forskning kan ge det första steget i hur livet uppstod på vår planet. Forskningen i vårt laboratorium fortsätter nu för att fastställa det andra nyckelsteget:hur dessa organiska molekyler, som initialt "fastnar" på mineralytorna, kan lyfta för att bilda sfäriska membranbundna cellliknande fack, de första potentiella "protocellerna" som fortsatte att bilda det första cellulära livet."
Spännande nog föreslår forskarna också att membranskapande reaktioner, liknande reaktioner, fortfarande kan hända i haven under ytorna på isiga månar i vårt solsystem idag. Detta ökar möjligheten till alternativa livsursprung i dessa avlägsna världar.
Mer information: Graham Purvis et al, Generering av långkedjiga fettsyror genom vätedriven bikarbonatreduktion i uråldriga alkaliska hydrotermiska ventiler, Communications Earth &Environment (2024). DOI:10.1038/s43247-023-01196-4
Journalinformation: Kommunikation Earth &Environment
Tillhandahålls av Newcastle University
