陨铁在地球生命出现中的作用

马克斯·普朗克天文学研究所和慕尼黑路德维希·马克西米利安大学的研究人员提出了一种新的情景，即大约4亿年前地球上生命的第一个组成部分的出现。

通过实验，他们展示了来自流星和火山灰的铁颗粒如何作为催化剂，将富含二氧化碳的早期大气转化为碳氢化合物，还有乙醛和甲醛，而乙醛和甲醛又可以作为脂肪酸，核碱基，糖和氨基酸的组成部分。他们的文章，“从一氧化碳合成益生元有机物2通过陨石和火山粒子的催化作用，“发表在《科学报告》杂志上。

据我们目前所知，地球上的生命是在地球本身形成后仅400亿到700亿年才出现的。这是一个相当快的发展。为了进行比较，考虑到之后，第一个适当的(真核)细胞形成大约需要2亿年。生命出现的第一步是形成有机分子，可以作为生物体的组成部分。考虑到生命本身的出现速度有多快，这个相对简单的第一步也有可能很快完成。

这里描述的研究为这种有机化合物在早期地球上普遍存在的条件下在行星尺度上形成提供了一种新方法。关键的支持作用是由陨石产生的铁颗粒，它充当催化剂。催化剂是其存在加速特定化学反应的物质，但在这些反应中不会被用完。通过这种方式，它们类似于制造中使用的工具：工具是生产汽车所必需的，但是在制造了一辆汽车之后，这些工具可用于制造下一辆汽车。

从工业化学到地球的起源

这项研究的主要灵感来自工业化学。具体来说，慕尼黑路德维希马克西米利安大学教授和马克斯普朗克天文学研究所(MPIA)马克斯普朗克研究员奥利弗特拉普想知道在金属催化剂存在下将一氧化碳和氢气转化为碳氢化合物的所谓费托过程是否可能在富含二氧化碳的早期地球上没有类似物。

“当我看到Campo-del-Cielo铁陨石的化学成分时，由铁，镍，一些钴和少量铱组成，我立即意识到这是一种完美的费托催化剂，”Trapp解释道。合乎逻辑的下一步是建立一个实验来测试宇宙版本的Fischer-Tropsch。

马克斯·普朗克天文学研究所的工作人员德米特里·谢苗诺夫(Dmitry Semenov)说：“当奥利弗告诉我他的想法，即通过实验研究铁陨石颗粒的催化特性以合成生命的基石时，我的第一个想法是我们也应该研究火山灰颗粒的催化特性。毕竟，早期的地球应该是地质活跃的。在大气层和地球上的第一个陆地上应该有很多细小的灰烬颗粒。

重建宇宙催化

在他们的实验中，特拉普和谢苗诺夫与特拉普的博士生索菲亚·彼得斯(Sophia Peters)合作，后者将把实验作为她博士工作的一部分。为了获得陨石和矿物，以及分析这些材料的专业知识，他们联系了矿物学家Rupert Hochleitner，他是慕尼黑Mineralogische Staatssammlung的陨石专家。

实验的第一个成分始终是铁颗粒的来源。在实验的不同版本中，这些铁颗粒可能是来自实际铁陨石的铁，或来自含铁石陨石的颗粒，或来自埃特纳火山的火山灰，后者作为富含铁的颗粒的替代品，这些颗粒将存在于早期地球上，具有高度活跃的火山活动。接下来，铁颗粒与不同的矿物质混合，例如可能在早期地球上发现的矿物质。这些矿物将充当支撑结构。催化剂通常以小颗粒的形式存在于合适的基底上。

生产小颗粒

粒径很重要。火山喷发产生的细小火山灰颗粒通常只有几微米大小。另一方面，对于穿过早期地球大气层的陨石，大气摩擦会烧蚀纳米大小的铁颗粒。铁陨石(或较大小行星的铁核)的撞击将直接通过碎裂产生微米大小的铁颗粒，而纳米大小的颗粒，因为铁在高温下蒸发，后来在周围的空气中再次凝结。

研究人员的目标是以两种不同的方式重现这种不同的粒径。通过将陨石材料溶解在酸中，他们从制备的材料中产生了纳米级颗粒。通过将陨石材料或火山灰放入球磨机中15分钟，研究人员可以产生更大的微米级颗粒。这种球磨机是一个同时包含材料和钢球的滚筒，高速旋转，在这种情况下每秒十多次，钢球研磨材料。

由于地球最初的大气层不含氧气，研究人员随后进行了化学反应，从混合物中去除了几乎所有的氧气。

在压力下产生有机分子

作为每个实验版本的最后一步，将混合物带入充满(大部分)二氧化碳CO的压力室2和(一些)氢分子，选择以模拟早期地球的大气层。确切的混合物和压力在实验之间都不同。

结果令人印象深刻：由于铁催化剂，产生了甲醇、乙醇和乙醛等有机化合物，还产生了甲醛。这是一个令人鼓舞的收获 - 特别是乙醛和甲醛是脂肪酸，核碱基(本身是DNA的组成部分)，糖和氨基酸的重要组成部分。

重要的是，这些反应在各种压力和温度条件下成功发生。索菲亚·彼得斯(Sophia Peters)说：“由于早期地球的性质有许多不同的可能性，我试图通过实验测试每种可能的情况。最后，我使用了五十种不同的催化剂，并在压力、温度以及二氧化碳和氢分子比例的不同值下进行了实验。在如此多样的条件下形成的有机分子强烈表明，这样的反应可能发生在早期的地球上 - 无论其精确的大气条件如何。

将方案添加到可能的机制组合中

有了这些结果，现在就有了新的竞争者来研究地球上生命的第一个组成部分是如何形成的。加入“经典”机制的行列，例如海底热喷口附近的有机合成，或富含甲烷的大气中的放电(如Urey-Miller实验)，以及预测有机化合物如何在太空深处形成并由小行星或彗星运送到地球的模型(见本MPIA新闻稿)， 现在还有另一种可能性：陨石铁颗粒或细火山灰在早期富含二氧化碳的大气中充当催化剂。

随着这种可能性的传播，更多地了解早期地球的大气成分和物理特性应该使研究人员最终能够推断出在给定条件下，各种机制中的哪一种将产生最高的构建块产量 - 因此，哪种机制可能是我们从非生命到我们母星生命的第一步的最重要机制。

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