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新研究发现40亿年前可能是地球上产生第一个有机分子的关键过程

由美国自然历史博物馆牵头并由美国国家航空航天局(NASA)资助的新研究发现了一种可能是生命起源之前大约40亿年前在地球上产生第一批有机分子的关键过程。该过程与某些古代水下热液喷口中可能发生的过程相似,也可能与寻找宇宙其他地方的生命有关。这项研究的细节本周刊登在“国家科学院学报”上。

地球上的所有生命都是由有机分子构成的,有机分子是由碳原子与氢,氮和氧等其他元素的原子结合而成的化合物。在现代生活中,大多数这些有机分子源自通过几种“碳固定”途径(例如植物的光合作用)减少二氧化碳(CO2)。但是这些途径中的大多数要么需要细胞的能量才能起作用,要么被认为进化相对较晚。那么,第一个有机分子是如何在生命起源之前出现的呢?

为了解决这个问题,缅因州大西洋学院的Gerstner学者Victor Sojo和Reuben Hudson博物馆设计了一种基于微流体反应器的新颖装置,这是一个很小的独立实验室,可以让科学家们研究流体的行为-在这种情况下,气体-也在微观上。先前版本的反应器试图将氢气和CO2的气泡混合在液体中,但没有发生还原,这可能是因为高挥发性氢气在它有机会发生反应之前就逸出了。解决方案来自Sojo和Hudson之间的讨论,后者在日本琦玉的RIKEN可持续资源科学中心共享了一个实验室工作台。最后的反应堆是在缅因州哈德森的实验室建造的。

哈德森说:“新反应器不是在反应之前使流体中的气体鼓泡,而是使流体由气体本身驱动,因此它们逸出的机会很小。”

研究人员使用他们的设计将氢与CO2结合在一起,产生了一种称为甲酸(HCOOH)的有机分子。该合成过程类似于唯一不需要总能量供应的已知CO2固定途径,称为Wood-Ljungdahl乙酰-CoA途径。反过来,此过程类似于古代海洋热液喷口中可能发生的反应。

Sojo说:“后果远远超出了我们自己的生物圈。”“今天类似的热液系统可能存在于太阳系的其他地方,最明显的是土卫二和木卫二的土卫二和木卫二,而且在整个宇宙的其他水土世界中也可以预测。”

“了解如何在温和的地质条件下减少二氧化碳对于评估其他世界生命起源的可能性很重要,这有助于理解宇宙中普遍存在或稀有生命,” NASA喷气推进器的劳里·巴格(Laurie Barge)补充说。实验室,研究作者。

研究人员在相对温和的条件下将CO2转化为有机分子,这意味着这些发现也可能与环境化学有关。面对持续的气候危机,人们一直在寻找减少CO2的新方法。

“本文的结果涉及多个主题:从理解新陈代谢的起源,到支撑地球上氢和碳循环的地球化学,再到绿色化学应用,在生物化学方面的工作可以帮助促进化学反应该研究的作者Shawn E. McGlynn补充说。

这项研究的其他作者包括大西洋学院的Ruvan de Graaf和Mari Strandoo Rodin,日本RIKEN可持续资源科学中心的Aya Ohno,伦敦大学学院的Nick Lane,RIKEN的山田洋一,RIKEN的中村龙平(Ryuhei Nakamura)东京工业大学和慕尼黑路德维希马克西米利安斯大学的Dieter Braun。

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