由美國自然歷史博物館牽頭并由美國國家航空航天局(NASA)資助的新研究發(fā)現(xiàn)了一種可能是生命起源之前大約40億年前在地球上產(chǎn)生第一批有機(jī)分子的關(guān)鍵過程。該過程與某些古代水下熱液噴口中可能發(fā)生的過程相似，也可能與尋找宇宙其他地方的生命有關(guān)。這項(xiàng)研究的細(xì)節(jié)本周刊登在“ 國家科學(xué)院學(xué)報(bào)”上。

地球上所有生命都是由有機(jī)分子構(gòu)成的，有機(jī)分子是由碳原子與氫，氮和氧等其他元素的原子結(jié)合而成的化合物。在現(xiàn)代生活中，大多數(shù)這些有機(jī)分子源自通過幾種“碳固定”途徑(例如植物的光合作用)減少二氧化碳(CO 2)。但是這些途徑中的大多數(shù)要么需要細(xì)胞的能量才能起作用，要么被認(rèn)為進(jìn)化相對較晚。那么，第一個(gè)有機(jī)分子是如何在生命起源之前出現(xiàn)的呢?

為了解決這個(gè)問題，來自緬因州大西洋學(xué)院的博物館格斯特納學(xué)者Victor Sojo和Reuben Hudson設(shè)計(jì)了一種基于微流體反應(yīng)器的新型裝置，該小型裝置齊全的實(shí)驗(yàn)室可以讓科學(xué)家研究流體的行為，在這種情況下，微量氣體。先前版本的反應(yīng)器試圖將氫氣和CO 2的氣泡混合在液體中，但沒有發(fā)生還原，這可能是因?yàn)楦邠]發(fā)性氫氣在它有機(jī)會(huì)發(fā)生反應(yīng)之前就逸出了。解決方案來自Sojo和Hudson之間的討論，后者在日本琦玉的RIKEN可持續(xù)資源科學(xué)中心共享了一個(gè)實(shí)驗(yàn)室工作臺。最后的反應(yīng)堆是在緬因州哈德森的實(shí)驗(yàn)室建造的。

哈德森說：“新反應(yīng)器不是在反應(yīng)之前使流體中的氣體鼓泡，而是使流體由氣體本身驅(qū)動(dòng)，因此它們逸出的機(jī)會(huì)很小。”

研究人員使用他們的設(shè)計(jì)將氫與CO 2結(jié)合在一起，產(chǎn)生了一種稱為甲酸(HCOOH)的有機(jī)分子。該合成過程類似于唯一不需要總能量供應(yīng)的已知CO 2固定途徑，稱為Wood-Ljungdahl乙酰-CoA途徑。反過來，這一過程類似于古代海洋熱液噴口中可能發(fā)生的反應(yīng)。

Sojo說：“后果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了我們自己的生物圈。” “今天類似的熱液系統(tǒng)可能存在于太陽系的其他地方，最明顯的是在土衛(wèi)二和木衛(wèi)二的土衛(wèi)二和木衛(wèi)二，在整個(gè)宇宙的其他水土世界中也是如此。”

“了解如何在溫和的地質(zhì)條件下減少二氧化碳對于評估其他世界生命起源的可能性很重要，這有助于理解宇宙中普遍存在或稀有生命，” NASA噴氣推進(jìn)器的勞里·巴格(Laurie Barge)補(bǔ)充說。實(shí)驗(yàn)室，研究作者。

研究人員在相對溫和的條件下將CO 2轉(zhuǎn)化為有機(jī)分子，這意味著這些發(fā)現(xiàn)也可能與環(huán)境化學(xué)有關(guān)。面對持續(xù)的氣候危機(jī)，人們一直在尋找減少CO 2的新方法。

“本文的結(jié)果涉及多個(gè)主題：從理解新陳代謝的起源，到支撐地球上氫和碳循環(huán)的地球化學(xué)，再到綠色化學(xué)應(yīng)用，其中以生物地理啟發(fā)的工作可以幫助促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)。該研究的作者Shawn E. McGlynn補(bǔ)充說。