La ricerca sull’emergere della vita sulla Terra si è spesso concentrata sul ruolo delle sorgenti idrotermali nelle profondità marine, queste imponenti strutture situate sul fondo degli oceani che pompano costantemente una miscela di materiali organici e inorganici.
All’interno di questi pennacchi ci sono minerali chiamati solfuri di ferro, che secondo gli scienziati potrebbe aver contribuito a innescare le prime reazioni chimiche che hanno dato origine alla vita.
Questi stessi minerali si trovano anche nelle attuali sorgenti termali, come la Grand Prismatic Spring nel Parco Nazionale di Yellowstone, negli Stati Uniti. Le sorgenti termali sono corpi d’acqua sotterranei riscaldati dall’attività vulcanica sotto la superficie terrestre.
Una nuova ricerca si aggiunge a un numero piccolo ma crescente di prove che attestano l’esistenza di versioni antiche di queste sorgenti termali avrebbe potuto svolgere un ruolo chiave nell’emergere della vita sulla Terra. Ciò aiuta a colmare il divario tra ipotesi contrastanti su dove potrebbe essere nata la vita.
L’importanza del sequestro del carbonio per la vita
La fissazione del carbonio è il processo mediante il quale gli organismi viventi trasformano l’anidride carbonica presente nell’aria e disciolta nell’acqua in molecole organiche. Molte forme di vita, tra cui piante, batteri e microrganismi chiamati archaea (archaea), utilizzano percorsi diversi per raggiungere questo obiettivo. La fotosintesi è un esempio. Ciascuno di questi percorsi comprende una cascata di enzimi e proteine, alcuni dei quali contengono nuclei costituiti da ferro e zolfo.
Le proteine contenenti questi nuclei di ferro-zolfo si trovano in tutte le forme di vita. In effetti, i ricercatori suggeriscono che risalgano all’Ultimo Antenato Comune Universale (LUCA), una cellula ancestrale da cui si sarebbe evoluta e diversificata la vita come la conosciamo.
I solfuri di ferro sono minerali che si formano quando il ferro disciolto reagisce con l’idrogeno solforato, il gas vulcanico che fa puzzare le sorgenti termali come uova marce.
Se osserviamo da vicino la struttura di questi solfuri di ferro, scopriamo che alcuni di essi sono incredibilmente simili ai cluster ferro-zolfo. Questo collegamento tra solfuri di ferro e fissazione del carbonio ha portato alcuni ricercatori hanno proposto che questi minerali abbiano svolto un ruolo cruciale nella transizione dalla geochimica terrestre primordiale alla biologia.
Questa ricerca approfondisce questa conoscenza studiando l’attività chimica dei solfuri di ferro nelle antiche sorgenti termali terrestri la cui geochimica è simile a quella delle sorgenti di acque profonde.
La simulazione ha dato risultati chiari
Per questo studio, i ricercatori hanno progettato una piccola camera personalizzata che ha permesso loro di simulare gli ambienti termali della Terra primordiale. Hanno poi disperso campioni di solfuro di ferro sintetizzato da questa camera.
I ricercatori hanno simulato le condizioni delle sorgenti termali primitive per rispondere a diverse domande.
Alcuni erano puri. Ad altri venivano dosati altri metalli normalmente presenti nelle sorgenti termali. Una lampada posizionata sopra questi campioni simulava la luce solare sulla superficie della Terra primordiale. Sono state utilizzate lampade diverse per simulare l’illuminazione con diverse quantità di raggi ultravioletti.
L’anidride carbonica e l’idrogeno vengono costantemente pompati nella camera. È stato dimostrato che questi gas sono importanti per la fissazione del carbonio negli esperimenti sui camini in acque profonde. Si è scoperto che tutti i campioni di solfuro di ferro sintetizzati erano in grado di produrre metanolo, un prodotto della fissazione del carbonio, a vari livelli.
Questi risultati mostrano che i solfuri di ferro possono facilitare la fissazione del carbonio non solo nelle sorgenti idrotermali di acque profonde, ma anche nelle sorgenti termali terrestri.
Anche la produzione di metanolo è aumentata con l’irradiazione della luce visibile e a temperature più elevate. Esperimenti con temperature, illuminazione e contenuto di vapore acqueo variabili hanno dimostrato che i solfuri di ferro probabilmente facilitavano la fissazione del carbonio nelle sorgenti termali terrestri sulla Terra primordiale.
Le conclusioni sono soddisfacenti
Ulteriori esperimenti e calcoli teorici ha rivelato che la produzione di metanolo avviene attraverso un meccanismo chiamato reazione di spostamento inverso acqua-gas. Una reazione simile è stata osservata nel percorso utilizzato da alcuni batteri e archaea per trasformare l’anidride carbonica in sostanze nutritive.
Questa via, chiamata via “acetil-CoA” o via “Wood-Ljungdahl”, è considerata come la forma più antica di fissazione del carbonio apparsa nelle prime fasi della vita.
Questa somiglianza tra i due processi è interessante perché la prima avviene sulla terraferma, ai margini delle sorgenti termali, mentre la seconda avviene nell’ambiente umido all’interno delle celle.
Questo studio dimostra la produzione di metanolo in un’ampia gamma di condizioni che potrebbero essere state riscontrate nelle sorgenti termali della Terra primordiale.
Questi risultati ampliano la gamma di condizioni in cui i solfuri di ferro possono facilitare la fissazione del carbonio. Essi dimostrano che ciò può avvenire sia nelle profondità del mare che sulla terra, sebbene ciò sia dovuto a meccanismi diversi.
Gli scienziati ritengono che questi risultati supportino l’attuale consenso scientifico secondo cui i cluster ferro-zolfo e il percorso dell’acetil-CoA sono antichi e probabilmente hanno svolto un ruolo importante nell’emergere della vita. se è avvenuto sulla terra o in fondo al mare.
Riferimento articolo:
Riduzione della CO2 gassosa catalizzata dal solfuro di ferro e fissazione del carbonio prebiotico nelle sorgenti termali terrestri. Comunicazioni sulla natura (2024). Nan, J., Luo, S., Tran, QP et al.
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