Tin tức Vũ trụ TV

Quá trình có thể dẫn đến các phân tử hữu cơ đầu tiên

Ngày:
Oct 06, 2020
Tóm lược:

Nghiên cứu mới xác định một quá trình có thể là chìa khóa trong việc tạo ra các phân tử hữu cơ đầu tiên trên Trái đất cách đây khoảng 4 tỷ năm, trước khi có nguồn gốc sự sống. Quá trình tương tự như những gì có thể đã xảy ra trong một số miệng phun thủy nhiệt dưới nước cổ đại, cũng có thể liên quan đến việc tìm kiếm sự sống ở những nơi khác trong vũ trụ.

Share:
CÂU CHUYỆN ĐẦY ĐỦ

Hình ảnh mặt trăng băng giá, có hoạt động địa chất Enceladus của Sao Thổ được tàu vũ trụ Cassini của NASA thu được trong chuyến bay tháng 10 năm 2015. Enceladus che giấu một đại dương toàn cầu gồm nước mặn lỏng bên dưới lớp vỏ của nó và cũng có thể có các lỗ phun thủy nhiệt không giống như các lỗ phun thủy nhiệt nằm rải rác dưới đáy đại dương ở đây trên Trái đất.
NASA / JPL-Caltech / Viện Khoa học Không gian
Hình ảnh mặt trăng băng giá, có hoạt động địa chất Enceladus của Sao Thổ được tàu vũ trụ Cassini của NASA thu được trong chuyến bay tháng 10 năm 2015. Enceladus che giấu một đại dương toàn cầu gồm nước mặn lỏng bên dưới lớp vỏ của nó và cũng có thể có các lỗ phun thủy nhiệt không giống như các lỗ phun thủy nhiệt nằm rải rác dưới đáy đại dương ở đây trên Trái đất.
NASA / JPL-Caltech / Viện Khoa học Không gian

Nghiên cứu mới do Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Hoa Kỳ và NASA tài trợ đã xác định một quá trình có thể là chìa khóa trong việc tạo ra các phân tử hữu cơ đầu tiên trên Trái đất khoảng 4 tỷ năm trước, trước khi có nguồn gốc sự sống. Quá trình tương tự như những gì có thể đã xảy ra trong một số miệng phun thủy nhiệt dưới nước cổ đại, cũng có thể liên quan đến việc tìm kiếm sự sống ở những nơi khác trong vũ trụ. Chi tiết về nghiên cứu được công bố trong tuần này trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences .

Tất cả sự sống trên Trái đất đều được xây dựng từ các phân tử hữu cơ – các hợp chất được tạo ra từ các nguyên tử cacbon liên kết với các nguyên tử của các nguyên tố khác như hydro, nitơ và oxy. Trong cuộc sống hiện đại, hầu hết các phân tử hữu cơ này bắt nguồn từ quá trình khử carbon dioxide (CO 2 ) thông qua một số con đường “cố định carbon” (chẳng hạn như quang hợp ở thực vật). Nhưng hầu hết các con đường này hoặc cần năng lượng từ tế bào để hoạt động, hoặc được cho là đã phát triển tương đối muộn. Vậy làm thế nào những phân tử hữu cơ đầu tiên phát sinh, trước khi có nguồn gốc sự sống?

Để giải quyết câu hỏi này, Học giả Bảo tàng Gerstner Victor Sojo và Reuben Hudson từ Đại học Đại Tây Dương ở Maine đã nghĩ ra một thiết lập mới dựa trên các lò phản ứng vi lỏng, các phòng thí nghiệm khép kín nhỏ cho phép các nhà khoa học nghiên cứu hành vi của chất lỏng – và trong trường hợp này , cả khí – ở quy mô hiển vi. Các phiên bản trước của lò phản ứng đã cố gắng trộn các bong bóng khí hydro và CO 2 trong chất lỏng nhưng không xảy ra hiện tượng khử, có thể do khí hydro dễ bay hơi đã thoát ra trước khi nó có cơ hội phản ứng. Giải pháp được đưa ra trong các cuộc thảo luận giữa Sojo và Hudson, những người ngồi chung băng ghế phòng thí nghiệm tại Trung tâm RIKEN về Khoa học Tài nguyên Bền vững ở Saitama, Nhật Bản. Lò phản ứng cuối cùng được xây dựng trong phòng thí nghiệm của Hudson ở Maine.

Hudson cho biết: “Thay vì sủi bọt khí trong chất lỏng trước phản ứng, cải tiến chính của lò phản ứng mới là chất lỏng được dẫn động bởi chính các chất khí, do đó, có rất ít cơ hội để chúng thoát ra ngoài”.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng thiết kế của họ để kết hợp hydro với CO 2 để tạo ra một phân tử hữu cơ được gọi là axit formic (HCOOH). Quá trình tổng hợp này giống với con đường cố định CO 2 duy nhất được biết đến mà không cần cung cấp năng lượng tổng thể, được gọi là con đường Wood-Ljungdahl acetyl-CoA. Đổi lại, quá trình này giống như các phản ứng có thể đã diễn ra trong các miệng phun thủy nhiệt dưới đáy đại dương cổ đại.

Hậu quả còn vượt xa cả sinh quyển của chúng ta. Các hệ thống thủy nhiệt tương tự ngày nay có thể tồn tại ở những nơi khác trong hệ mặt trời, đáng chú ý nhất là ở Enceladus và Europa – các mặt trăng của sao Thổ và sao Mộc – và có thể dự đoán được ở các thế giới đá nước khác trong vũ trụ.

Laurie Barge từ Cơ quan đẩy phản lực của NASA cho biết thêm: “Hiểu được cách carbon dioxide có thể giảm trong điều kiện địa chất ôn hòa là điều quan trọng để đánh giá khả năng xuất hiện nguồn gốc sự sống trên các thế giới khác, giúp hiểu được sự sống phổ biến hoặc hiếm gặp trong vũ trụ. Phòng thí nghiệm, một tác giả về nghiên cứu.”

Các nhà nghiên cứu đã biến CO 2 thành các phân tử hữu cơ bằng cách sử dụng các điều kiện tương đối nhẹ, có nghĩa là những phát hiện cũng có thể có liên quan đến hóa học môi trường. Đối mặt với cuộc khủng hoảng khí hậu đang diễn ra, người ta không ngừng tìm kiếm các phương pháp giảm CO 2 mới .

Shawn E. McGlynn, một tác giả của nghiên cứu, có trụ sở tại Viện Công nghệ Tokyo, cho biết thêm: “Kết quả của bài báo này liên quan đến nhiều chủ đề: từ việc hiểu nguồn gốc của quá trình trao đổi chất, đến địa hóa làm nền tảng cho chu trình hydro và cacbon trên Trái đất, và cả các ứng dụng hóa học xanh, nơi công việc lấy cảm hứng từ địa lý sinh học có thể giúp thúc đẩy quá trình hóa học”.

Các tác giả khác trong nghiên cứu này bao gồm Ruvan de Graaf và Mari Strandoo Rodin từ Đại học Đại Tây Dương, Aya Ohno từ Trung tâm RIKEN về Khoa học Tài nguyên Bền vững ở Nhật Bản, Nick Lane từ Đại học College London, Yoichi MA Yamada từ RIKEN, Ryuhei Nakamura từ RIKEN và Học viện Công nghệ Tokyo, và Dieter Braun từ Đại học Ludwig-Maximilians ở Munich.

Công trình này được hỗ trợ một phần bởi Tổ chức Tài trợ Không gian Maine của NASA (SG-19-14 và SG-20-19), Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ (1415189 và 1724300), Hiệp hội Xúc tiến Khoa học Nhật Bản (FY2016-PE- 16047 và FY2016-PE-16721), Viện Khoa học Y tế Tổng quát Quốc gia của Viện Y tế Quốc gia (P20GM103423), Tổ chức Sinh học Phân tử Châu Âu (ALTF- 725 1455-2015), Viện Nghiên cứu Nâng cao ở Berlin, và Gia đình Gerstner Nền tảng.


Nguồn truyện:

Tư liệu do Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Hoa Kỳ cung cấp . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.


Tham khảo Tạp chí :

  1. Reuben Hudson, Ruvan de Graaf, Mari Strandoo Rodin, Aya Ohno, Nick Lane, Shawn E. McGlynn, Yoichi MA Yamada, Ryuhei Nakamura, Laura M. Barge, Dieter Braun, Victor Sojo. Sự khử CO 2 được điều khiển bởi một gradient pH . Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia , năm 2020; 202002659 DOI: 10.1073 / pnas.2002659117

Bài viết liên quan

Bài viết mới