Гипотеза мира сульфидов железа

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Гипотеза мира сульфидов железа — гипотетический этап возникновения жизни на Земле и ранней эволюции, предложенный Гюнтером Вэхтерсхойзером, юристом из Мюнхена, имеющим так же научную степень по химии. Опубликовал свои идеи при поддержке философа Карла Р. Поппера. Как следует из названия теории, она предполагает, что жизнь могла зародиться на поверхности кристаллов сульфидов железа.[1][2][3][4][5].

Происхождение жизни[править | править исходный текст]

Первый организм[править | править исходный текст]

Согласно Вэхтерсхойзеру, самая ранняя форма жизни, названная им «первый организм», зародилась в вулканическом гидротермальном потоке при высоком давлении и высокой (100°С) температуре. Эта форма жизни имела сложную химическую структуру и использовала каталитические центры на основе переходных металлов (преимущественно железа и никеля, но так же, возможно, кобальта, марганца, вольфрама, и цинка). Центры катализировали пути автотрофной фиксации углерода, благодаря чему из неорганических газов (таких как монооксид углерода, диоксид углерода, цианистый водород, и сероводород) образовывались небольшие неполимерные органические молекулы. Эти органические соединения задерживались на поверхности минералов как лиганды центров переходных металлов, обеспечивая тем самым автокаталитический «поверхностный метаболизм». Благодаря присоединению лигандов каталитические центры переходных металлов становились автокаталитическими. А благодаря формированию упрощенной формы цикла трикарбоновых кислот, зависимой от серы, атокаталитическим становился процесс фиксации углерода. Усиленные катализаторы расширяли область действия метаболизма, а новые продукты метаболизма ещё сильнее усиливали катализаторы. Основная идея этой гипотезы состоит в том, что раз будучи запущенным, этот примитивный автокаталитический метаболизм начинает производить все более и более сложные органические соединения и все новые пути каталитических реакций.

Основная идея гипотезы мира сульфидов железа состоит в том, что зарождение жизни прошло через следующие стадии: 1) водный поток с растворенными в нём вулканическими газами (н-р монооксид углерода, аммиак и сероводород) нагрелся до 100°С и подвергся высокому давлению. 2) Этот поток прошел через породы переходных металлов (н-р сульфид железа или сульфид никеля. 3) Через некоторое время началось формирование каталитических металлопептидов.

Обмен веществ[править | править исходный текст]

Реакция сдвига фаз вода-газ (CO + H2O → CO2 + H2) проявляется в вулканических потоках как при наличии различных катализаторов, так и без них[6]. Реакция железистых сульфидов и сероводорода в качестве восстановителя с залежами пирита — FeS + H2S → FeS2 + 2H+ + 2e (или H2 вместо 2H+ + 2e) проявлялись при мягких вулканических условиях[7][8]. Однако ключевой результат оспаривается[9] Фиксация азота была продемонстрирована для изотопа 15N2 в сочетании с залежами пирита[10]. Аммоний формируется при реакции селитры с FeS/H2S в качестве восстановителя[11]. Метилмеркаптан [CH3-SH] и сероокись углерода формируются из CO2 and FeS/H2S,[12] или из CO и H2 в присутствии NiS.[13]

Синтетические реакции[править | править исходный текст]

Реакция монооксида углерода (CO) и сероводорода (H2S) в присутствии сульфидов железа и никеля производит метиловый тиоэфир уксусной кислоты [CH3-CO-SCH3] и предположительно тиоуксустую кислоту (CH3-CO-SH) как простейшую активированную разновидность уксусной кислоты ацетила-КоА.

Ранняя эволюция[править | править исходный текст]

Возникновение клетки[править | править исходный текст]

Прото-экологические системы[править | править исходный текст]

Примечания[править | править исходный текст]

  1. Wächtershäuser, Günter (1988-12-01). «Before enzymes and templates: theory of surface metabolism.». Microbiol. Mol. Biol. Rev. 52 (4): 452–484. PMID 3070320. Проверено 2009-05-02.
  2. Wächtershäuser, G (1990-01). «Evolution of the first metabolic cycles». Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 87 (1): 200–204. DOI:10.1073/pnas.87.1.200. PMID 2296579. Проверено 2009-05-02.
  3. Günter Wächtershäuser (1992). «Groundworks for an evolutionary biochemistry: The iron-sulphur world». Progress in Biophysics and Molecular Biology 58 (2): 85–201. DOI:10.1016/0079-6107(92)90022-X. PMID 1509092. Проверено 2009-05-02.
  4. Günter Wächtershäuser (2006). «From volcanic origins of chemoautotrophic life to Bacteria, Archaea and Eukarya». Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences 361 (1474): 1787–1808. DOI:10.1098/rstb.2006.1904. PMID 17008219.
  5. Wächtershäuser, Günter (2007). «On the Chemistry and Evolution of the Pioneer Organism». Chemistry & Biodiversity 4 (4): 584–602. DOI:10.1002/cbdv.200790052. PMID 17443873. Проверено 2009-05-02.
  6. Seewald, Jeffrey S.; Mikhail Yu. Zolotov, Thomas McCollom (2006-01). «Experimental investigation of single carbon compounds under hydrothermal conditions». Geochimica et Cosmochimica Acta 70 (2): 446–460. DOI:10.1016/j.gca.2005.09.002. Bibcode:2006GeCoA..70..446S. Проверено 2009-05-02.
  7. Taylor, P.; T. E. Rummery, D. G. Owen (1979). «Reactions of iron monosulfide solids with aqueous hydrogen sulfide up to 160°C». Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry 41 (12): 1683–1687. DOI:10.1016/0022-1902(79)80106-2. Проверено 2009-05-02.
  8. Drobner, E.; H. Huber, G. Wachtershauser, D. Rose, K. O. Stetter (1990). «Pyrite formation linked with hydrogen evolution under anaerobic conditions». Nature 346 (6286): 742–744. DOI:10.1038/346742a0. Bibcode:1990Natur.346..742D.
  9. Cahill, C. L.; L. G. Benning, H. L. Barnes, J. B. Parise (2000-06). «In situ time-resolved X-ray diffraction of iron sulfides during hydrothermal pyrite growth». Chemical Geology 167 (1–2): 53–63. DOI:10.1016/S0009-2541(99)00199-0. Проверено 2009-05-02.
  10. Mark Dorr; Johannes Käßbohrer, Renate Grunert, Günter Kreisel, Willi A. Brand, Roland A. Werner, Heike Geilmann, Christina Apfel, Christian Robl, Wolfgang Weigand (2003). «A Possible Prebiotic Formation of Ammonia from Dinitrogen on Iron Sulfide Surfaces». Angewandte Chemie International Edition 42 (13): 1540–3. DOI:10.1002/anie.200250371. PMID 12698495.
  11. Blöchl, E; M Keller, G Wachtershäuser, K O Stetter (1992). «Reactions depending on iron sulfide and linking geochemistry with biochemistry». Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 89 (17): 8117–20. DOI:10.1073/pnas.89.17.8117. PMID 11607321. Bibcode:1992PNAS...89.8117B. Проверено 2009-05-02.
  12. Heinen, Wolfgang; Anne Marie Lauwers (1996-04-01). «Organic sulfur compounds resulting from the interaction of iron sulfide, hydrogen sulfide and carbon dioxide in an anaerobic aqueous environment». Origins of Life and Evolution of Biospheres 26 (2): 131–150. DOI:10.1007/BF01809852. Bibcode:1996OLEB...26..131H.
  13. Huber, Claudia; Günter Wächtershäuser (1997-04-11). «Activated Acetic Acid by Carbon Fixation on (Fe,Ni)S Under Primordial Conditions». Science 276 (5310): 245–7. DOI:10.1126/science.276.5310.245. PMID 9092471. Проверено 2009-05-02.