|
Наноструктуры намекают на происхождение жизни
|
|
|
|
Исследователи под руководством Рюхея Накамуры из Центра науки об устойчивых ресурсах RIKEN (CSRS) в Японии и Института наук о жизни на Земле (ELSI) Токийского технологического института обнаружили неорганические наноструктуры, окружающие глубоководные гидротермальные источники, которые поразительно похожи на молекулы, которые делают возможной жизнь в том виде, в каком мы ее знаем. Эти наноструктуры самоорганизуются и действуют как селективные ионные каналы, которые создают энергию, которую можно использовать в виде электричества.
|
|
|
|
Опубликовано в сентябре. 25 в журнале Nature Communications говорится, что полученные результаты влияют не только на наше понимание того, как зародилась жизнь, но и могут быть использованы для промышленного получения голубой энергии.
|
|
|
|
Когда морская вода просачивается глубоко в Землю через трещины на дне океана, она нагревается магмой, поднимается обратно на поверхность и выбрасывается обратно в океан через трещины, называемые гидротермальными источниками. Поднимающаяся горячая вода содержит растворенные минералы, накопившиеся за долгое время в недрах Земли, и когда она встречается с прохладной океанской водой, химические реакции вытесняют ионы минералов из воды, где они образуют твердые структуры вокруг отверстия, называемые осадками.
|
|
|
|
Считается, что гидротермальные источники являются родиной жизни на Земле, поскольку они обеспечивают необходимые условия: они стабильны, богаты минералами и содержат источники энергии. Большая часть жизни на Земле зависит от осмотической энергии, которая создается за счет ионных градиентов — разницы в концентрации соли и протонов — внутри и снаружи живых клеток.
|
|
|
Исследователи RIKEN CSRS изучали гидротермальные источники, залегающие на серпентините, потому что в таких источниках есть минеральные осадки с очень сложной слоистой структурой, состоящие из оксидов, гидроксидов и карбонатов металлов.
|
|
|
|
"Неожиданно мы обнаружили, что осмотическое преобразование энергии, жизненно важная функция современных растений, животных и микробов, может происходить абиотически в геологической среде", - говорит Накамура.
|
|
|
|
Исследователи изучали образцы, собранные на месторождении Синкай Сип, расположенном в Марианской впадине Тихого океана на глубине 5743 м. Ключевым образцом был кусок толщиной 84 см, состоящий в основном из брусита. Оптические микроскопы и сканирование рентгеновскими лучами микрометрового размера показали, что кристаллы брусита расположены непрерывными колоннами, которые действуют как наноканалы для отводящей жидкости.
|
|
|
|
Исследователи заметили, что поверхность осадка была электрически заряжена, и что размер и направление заряда — положительного или отрицательного — варьировались по всей поверхности. Зная, что структурированные нанопоры с переменным зарядом являются отличительными признаками осмотического преобразования энергии, они затем проверили, действительно ли осмотическое преобразование энергии происходит естественным образом в неорганических глубоководных породах.
|
|
|
|
Команда исследователей использовала электрод для регистрации тока и напряжения в образцах. Когда образцы подвергались воздействию высоких концентраций хлорида калия, проводимость была пропорциональна концентрации соли на поверхности нанопор. Но при более низких концентрациях проводимость была постоянной, а не пропорциональной, и определялась локальным электрическим зарядом поверхности осадка. Этот управляемый зарядом транспорт ионов очень похож на управляемые напряжением ионные каналы, наблюдаемые в живых клетках, таких как нейроны.
|
|
|
|
Протестировав образцы с химическими градиентами, которые существуют в глубоководных районах океана, откуда они были извлечены, исследователи смогли показать, что нанопоры действуют как селективные ионные каналы. В местах, где карбонат прилипал к поверхности, нанопоры пропускали положительные ионы натрия. Однако в нанопорах с прилипшим к поверхности кальцием поры пропускали только отрицательные ионы хлорида.
|
|
|
|
"Самопроизвольное образование ионных каналов, обнаруженное в глубоководных гидротермальных источниках, имеет прямое отношение к происхождению жизни на Земле и за ее пределами", - говорит Накамура. "В частности, наше исследование показывает, как осмотическое преобразование энергии, жизненно важная функция в современной жизни, может происходить абиотически в геологической среде".
|
|
|
|
Промышленные электростанции используют перепады солености морской и речной воды для выработки энергии - процесс, называемый сбором голубой энергии. По словам Накамуры, понимание того, как структура нанопор самопроизвольно образуется в гидротермальных источниках, может помочь инженерам разработать более совершенные синтетические методы получения электрической энергии путем осмотического преобразования.
|
|
|
|
Источник
|
