Sự sống thực sự bắt đầu trên Trái Đất như thế nào?

Sắt sulfide có nhiều trong các miệng phun thủy nhiệt cổ đại, có thể đã đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra sự sống trên Trái Đất. Nghiên cứu mới của Viện Khoa học Trung Quốc cho thấy những khoáng chất này đã giúp hình thành các phân tử cơ bản cần thiết cho sự sống.

Theo các nhà nghiên cứu, sắt sulfide trong suối nước nóng thời tiền sử có thể đã xúc tác cho sự hình thành các hợp chất hữu cơ. Những sulfide này, chẳng hạn như mackinawite, từ lâu đã khiến các nhà khoa học quan tâm vì khả năng bắt chước các enzyme trao đổi chất ngày nay.

Vai trò là chất xúc tác rất quan trọng trong quá trình hình thành carbon, tức là quá trình chuyển đổi carbon dioxide thành các phân tử hữu cơ.

Không giống như các nghiên cứu trước đây tập trung vào các miệng phun thủy nhiệt dưới đáy biển, nghiên cứu mới này khám phá các suối nước nóng trên mặt đất theo hướng đây là cái nôi của sự sống nhờ sự đa dạng khoáng sản, khả năng tiếp cận ánh sáng mặt trời và hơi nước.

Trong các thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã tổng hợp sắt sulfide có kích thước nano, bao gồm các dạng tinh khiết trộn lẫn với các nguyên tố như mangan, nickel, titanium và cobalt.

Họ cho những mẫu này tiếp xúc với hydro và carbon dioxide trong điều kiện mô phỏng suối nước nóng ở nhiệt độ khoảng 80 đến 120 độ C.

Kết quả thí nghiệm rất đáng chú ý. Sắt sulfide pha tạp mangan nổi lên như chất xúc tác hiệu quả nhất trong nhóm, sản xuất metanol mà không dùng enzyme. Điều thú vị là ánh sáng mặt trời dường như cũng đóng vai trò quan trọng, đặc biệt là trong việc tạo ra sự sống hàng triệu năm về trước.

Các nhà nghiên cứu cho biết ánh sáng cực tím nhìn thấy được đã tăng cường các phản ứng hóa học. Điều này chứng tỏ các suối nước nóng có ánh nắng ban đầu trên Trái Đất có thể đã khuếch đại quá trình này.

Hơi nước càng thúc đẩy hơn nữa hoạt động xúc tác. Những yếu tố này chứng minh cho nhận định môi trường giàu hơi nước là môi trường lý tưởng cho quá trình tổng hợp prebiotic - các hợp chất hỗ trợ tăng trưởng lợi khuẩn trong cơ thể vi sinh vật.

Nghiên cứu phát hiện ra rằng những phản ứng nói trên có thể diễn ra theo con đường dịch chuyển nước-khí đảo ngược (RWGS). Trong quá trình này, carbon dioxide bị khử thành carbon monoxide, rồi chuyển thành metanol. Điều này rất có thể đã hỗ trợ quá trình hình thành sự sống trên Trái Đất.

Thú vị hơn nữa là các kỹ thuật tính toán hiện đại cho thấy pha trộn sắt sulfide với mangan giúp cải thiện hiệu quả và tăng khả năng bắt chước hành vi của enzyme.

Các suối nước nóng trên mặt đất, với thành phần hóa học phong phú và điều kiện môi trường thuận lợi, có thể là điều kiện tối ưu cho nguồn gốc của sự sống nảy sinh.