Ein chinesisches Forschungsteam hat über die Entdeckung abiotischer organischer Verbindungen in der ozeanischen Kruste des Südwestindischen Rückens berichtet und einen molekularen Mechanismus für die organische Kondensation vorgeschlagen.
Dieser Durchbruch folgte auf die Entdeckung nanoskaliger abiotischer organischer Materie im Mantelgestein des Yap-Grabens durch das Team im Jahr 2021. Er stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Erforschung des Kohlenstoffkreislaufs in der Tiefsee und des Ursprungs des Lebens dar und wirft Licht auf die wichtigsten Wege für die abiotische organische Synthese in Natur.
Die Wissenschaftler veröffentlicht ihre Erkenntnisse in der Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften. Dr. Nan Jingbo vom Nanjing Institute of Geology and Paleontology of the Chinese Academy of Sciences (NIGPAS) ist der Erstautor des Artikels. Korrespondierender Autor ist Dr. Peng Xiaotong vom Institut für Tiefseewissenschaft und -technik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften.
Der Ursprung des Lebens ist eine der schwierigsten Fragen der Wissenschaft. Hydrothermale Systeme in der Tiefsee gelten als potenzielle Orte für die Entstehung von Leben und stehen im Mittelpunkt der Suche nach außerirdischem Leben. Diese Systeme boten ideale Material- und Energiebedingungen für präbiotische chemische Reaktionen auf der frühen Erde und trieben die Bildung kleiner organischer Moleküle unter nichtenzymatischer Katalyse voran.
Darauf aufbauend legten mineralkatalysierte organische Polymerisationsreaktionen den Grundstein für die Herstellung komplexerer organischer Verbindungen, erleichterten die Entwicklung von einfachen organischen Verbindungen zu komplizierten funktionellen Strukturen und führten schließlich zur Entstehung von Lebensformen.
Durch die Analyse von Basaltproben, die mit dem von Menschen besetzten Fahrzeug (HOV) Shen Hai Yong Shi (TS-10-Expedition) gewonnen wurden, haben Nan und seine Kollegen zum ersten Mal über das Vorhandensein abiotischer kohlenstoffhaltiger Materie im Mikrometermaßstab berichtet obere ozeanische Kruste des Südwestindischen Rückens.
Sie entdeckten auch eine enge räumliche Korrelation zwischen dieser organischen Substanz und den Produkten der Wasser-Gesteins-Wechselwirkungen, wie zum Beispiel Goethit.
Mithilfe multimodaler In-situ-Mikroanalysetechniken, einschließlich Elektronenmikroskopie, Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektrometrie und photoinduzierter Kraftmikroskopie in Verbindung mit Nano-Infrarotspektroskopie, bestätigten die Forscher umfassend das Fehlen charakteristischer biomolekularer funktioneller Gruppen in der kohlenstoffhaltigen Materie und verrät damit seinen abiotischen Ursprung.
Auf dieser Grundlage nutzte das Forschungsteam Berechnungen der Dichtefunktionaltheorie (DFT), um die entscheidende Rolle von Goethit bei der katalytischen Synthese abiotischer kohlenstoffhaltiger Materie im molekularen Maßstab vorzuschlagen.
Bei diesem Prozess nimmt Wasserstoff aus hydrothermalen Flüssigkeiten an einem katalytischen Zyklus auf der Oberfläche von Goethit teil und spielt eine Schlüsselrolle bei der anfänglichen Aktivierung von Kohlendioxid und dem Wachstum der Kohlenstoffkette (CC) während der organischen Kondensation.
Diese bahnbrechende Studie integriert multimodale In-situ-Mikroanalysen mit DFT-Berechnungen, um die natürliche abiotische organische Synthese zu erforschen und liefert ein tiefes Verständnis der Bildungsmechanismen abiotischer kohlenstoffhaltiger Materie in mittelozeanischen Rücken, die als wichtige natürliche Laboratorien dienen.
Diese Forschung schafft nicht nur eine Grundlage für das Verständnis mineralvermittelter natürlicher organischer katalytischer Reaktionen, sondern liefert auch eine wichtige Referenz für die Identifizierung abiotischer organischer Materie in hydrothermalen Systemen auf anderen Gesteinsplaneten.
Weitere Informationen:
Jingbo Nan et al., Entschlüsselung abiotischer organischer Synthesewege in der mafischen Kruste mittelozeanischer Rücken, Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften (2024). DOI: 10.1073/pnas.2308684121