ความลึกลับทางวิทยาศาสตร์ที่ใหญ่ที่สุดอย่างหนึ่งคือจุดเริ่มต้นของชีวิตบนโลก
การวิจัยมักมุ่งเน้นไปที่บทบาทของปล่องไฮโดรเทอร์มอลใต้ทะเลลึก ซึ่งเป็นโครงสร้างสูงตระหง่านบนพื้นมหาสมุทรที่สูบฉีดวัสดุอินทรีย์และอนินทรีย์ที่ปะปนกันอย่างต่อเนื่อง
ภายในขนนกเหล่านี้มีแร่ธาตุที่เรียกว่าเหล็กซัลไฟด์ซึ่งนักวิทยาศาสตร์เชื่อกันว่าอาจช่วยกระตุ้นปฏิกิริยาเคมีตั้งแต่เนิ่นๆ ที่สร้างสิ่งมีชีวิตได้
แร่ธาตุเดียวกันนี้พบได้ในน้ำพุร้อนในปัจจุบัน เช่น น้ำพุแกรนด์ปริซึมในอุทยานแห่งชาติเยลโลว์สโตน ในสหรัฐอเมริกา น้ำพุร้อนเป็นแหล่งน้ำใต้ดินที่ได้รับความร้อนจากการระเบิดของภูเขาไฟใต้พื้นผิวโลก
ของเราการวิจัยใหม่เพิ่มความเล็กๆแต่กำลังเติบโตหลักฐานน้ำพุร้อนเหล่านี้ในสมัยโบราณอาจมีบทบาทสำคัญในการเกิดขึ้นของสิ่งมีชีวิตบนโลก สิ่งนี้จะช่วยลดช่องว่างระหว่างสมมติฐานที่แข่งขันกันว่าชีวิตจะเกิดขึ้นได้ที่ไหน
ธรณีเคมีถึงชีววิทยา
การตรึงคาร์บอนเป็นกระบวนการที่สิ่งมีชีวิตเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศและละลายในน้ำให้เป็นโมเลกุลอินทรีย์
สิ่งมีชีวิตหลายชนิด รวมถึงพืช แบคทีเรีย และจุลินทรีย์ที่เรียกว่าอาร์เคีย มีแนวทางที่แตกต่างกันในการบรรลุเป้าหมายนี้ การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นตัวอย่างหนึ่ง
แต่ละเส้นทางเหล่านี้ประกอบด้วยเอนไซม์และโปรตีนจำนวนหนึ่ง ซึ่งบางส่วนมีแกนที่ทำจากเหล็กและกำมะถัน
เราสามารถพบโปรตีนที่มีกลุ่มเหล็กและกำมะถันเหล่านี้ได้ในสิ่งมีชีวิตทุกรูปแบบ ในความเป็นจริง นักวิจัยเสนอว่าพวกมันมีอายุย้อนไปถึง Last Universal Common Ancestor ซึ่งเป็นเซลล์บรรพบุรุษโบราณนักวิทยาศาสตร์เสนอว่าชีวิตมีวิวัฒนาการและมีความหลากหลาย-
เหล็กซัลไฟด์เป็นแร่ธาตุที่เกิดขึ้นเมื่อเหล็กที่ละลายทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนซัลไฟด์ ซึ่งเป็นก๊าซภูเขาไฟที่ทำให้น้ำพุร้อนมีกลิ่นเหมือนไข่เน่า
หากคุณดูโครงสร้างของเหล็กซัลไฟด์เหล่านี้อย่างใกล้ชิด คุณจะพบว่าบางส่วนมีลักษณะคล้ายกับกระจุกเหล็กและซัลเฟอร์อย่างไม่น่าเชื่อ
ความเชื่อมโยงระหว่างเหล็กซัลไฟด์กับการตรึงคาร์บอนทำให้นักวิจัยบางคนเสนอว่าแร่ธาตุเหล่านี้มีปฏิกิริยามีบทบาทสำคัญในการเปลี่ยนจากธรณีเคมีของโลกยุคแรกไปสู่ชีววิทยา-
งานวิจัยที่ตีพิมพ์ใหม่ของเราขยายความรู้นี้โดยการตรวจสอบกิจกรรมทางเคมีของเหล็กซัลไฟด์ในน้ำพุร้อนบนบกโบราณซึ่งมีธรณีเคมีคล้ายกับช่องระบายอากาศใต้ทะเลลึก
ห้องที่สร้างขึ้นเอง
เราสร้างห้องเล็กๆ ขึ้นมาเองเพื่อให้เราสามารถจำลองสภาพแวดล้อมน้ำพุร้อนบนโลกยุคแรกเริ่มได้
จากนั้นเราก็กระจายตัวอย่างเหล็กซัลไฟด์ที่สังเคราะห์แล้วผ่านห้องเพาะเลี้ยง บางคนก็บริสุทธิ์ บ้างก็เติมโลหะอื่นๆ ที่พบได้ทั่วไปในบ่อน้ำพุร้อน โคมไฟเหนือตัวอย่างเหล่านี้จำลองแสงแดดบนพื้นผิวโลกยุคแรก โคมไฟต่างๆ ถูกใช้เพื่อเลียนแบบแสงที่มีปริมาณรังสีอัลตราไวโอเลตต่างกัน
ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และก๊าซไฮโดรเจนถูกสูบผ่านห้องอย่างต่อเนื่อง ก๊าซเหล่านี้ได้แสดงให้เห็นว่าเป็นสำคัญต่อการตรึงคาร์บอนในการทดลองใต้ท้องทะเลลึก
เราพบว่าตัวอย่างเหล็กซัลไฟด์ที่สังเคราะห์ได้ทั้งหมดสามารถผลิตเมทานอลซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์จากการตรึงคาร์บอนได้ในระดับที่แตกต่างกัน ผลลัพธ์เหล่านี้แสดงให้เห็นว่าเหล็กซัลไฟด์สามารถอำนวยความสะดวกในการตรึงคาร์บอนไม่เพียงแต่ในช่องระบายความร้อนใต้ทะเลลึกเท่านั้น แต่ยังรวมถึงน้ำพุร้อนบนบกด้วย
การผลิตเมทานอลยังเพิ่มขึ้นเมื่อมีการฉายรังสีที่มองเห็นได้และที่อุณหภูมิสูงขึ้น
การทดลองกับอุณหภูมิ แสงสว่าง และปริมาณไอน้ำที่แตกต่างกัน แสดงให้เห็นว่าเหล็กซัลไฟด์น่าจะเอื้อต่อการตรึงคาร์บอนในน้ำพุร้อนบนบกบนโลกยุคแรกเริ่ม
ทางเดินโบราณ
การทดลองเพิ่มเติมและการคำนวณทางทฤษฎีพบว่าการผลิตเมทานอลเกิดขึ้นผ่านกลไกที่เรียกว่าการเปลี่ยนแปลงก๊าซน้ำและก๊าซแบบย้อนกลับ
เราเห็นปฏิกิริยาที่คล้ายกันในวิถีทางที่แบคทีเรียและอาร์เคียบางชนิดใช้ในการเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นอาหาร ทางเดินนี้เรียกว่าทางเดิน "acetyl-CoA" หรือ "Wood-Ljungdahl" เสนอให้เป็นการตรึงคาร์บอนรูปแบบแรกสุดที่เกิดขึ้นในวัยเยาว์
ความคล้ายคลึงกันระหว่างกระบวนการทั้งสองนี้น่าสนใจ เนื่องจากกระบวนการแรกเกิดขึ้นบนพื้นที่แห้งบริเวณขอบบ่อน้ำพุร้อน ในขณะที่กระบวนการหลังเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมที่เปียกภายในเซลล์
การศึกษาของเราแสดงให้เห็นถึงการผลิตเมทานอลในสภาวะต่างๆ ที่อาจพบได้ในบ่อน้ำพุร้อนของโลกยุคแรกๆ
การค้นพบของเราขยายขอบเขตของสภาวะที่เหล็กซัลไฟด์สามารถเอื้อต่อการตรึงคาร์บอน พวกเขาแสดงให้เห็นว่ามันสามารถเกิดขึ้นได้ทั้งในทะเลลึกและบนบกแม้ว่าจะผ่านกลไกที่แตกต่างกันก็ตาม
ด้วยเหตุนี้ เราเชื่อว่าผลลัพธ์เหล่านี้สนับสนุนความเห็นพ้องต้องกันทางวิทยาศาสตร์ในปัจจุบันที่เสนอแนะว่ากระจุกเหล็ก-ซัลเฟอร์และวิถีทางอะซิติล-CoA นั้นเก่าแก่และน่าจะมีบทบาทสำคัญในการเกิดขึ้นของสิ่งมีชีวิต ไม่ว่ามันจะเกิดขึ้นบนบกหรือที่ก้นทะเลก็ตาม ทะเล
ก๊วกเฟืองทราน, ผู้สมัครระดับปริญญาเอกสาขาเคมีพรีไบโอติก,UNSW ซิดนีย์
บทความนี้เผยแพร่ซ้ำจากการสนทนาภายใต้ใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ อ่านบทความต้นฉบับ-
