Ученые из Университета Ньюкасла обнаружили источник кислорода, который, возможно, повлиял на эволюцию жизни до появления фотосинтеза.

Новаторский исследовательский проект, возглавляемый Школой естественных и экологических наук Университета Ньюкасла и опубликованный сегодня в Nature Communications, раскрыл механизм, который может генерировать перекись водорода из горных пород во время движения геологических разломов.

Хотя в высоких концентрациях перекись водорода может быть вредна для жизни, она также может служить полезным источником кислорода для микробов. Этот дополнительный источник кислорода, возможно, повлиял на раннюю эволюцию и, возможно, даже на происхождение жизни в жарких условиях на ранней Земле до эволюции фотосинтеза.

В тектонически активных регионах движение земной коры не только вызывает землетрясения, но и пронизывает подповерхностные слои трещинами и разломами, выстланными высокореактивными поверхностями горных пород, содержащими множество дефектов или дефектов. Затем вода может просочиться вниз и вступить в реакцию с этими дефектами на недавно разрушенной породе.

В лаборатории студент магистратуры Джордан Стоун смоделировал эти условия, дробя гранит, базальт и перидотит — породы, которые должны были присутствовать в ранней земной коре. Затем их добавляли в воду в хорошо контролируемых бескислородных условиях при различных температурах.

Эксперименты показали, что значительные количества перекиси водорода — и, как следствие, потенциально кислорода — образуются только при температурах, близких к точке кипения воды. Важно отметить, что температура образования перекиси водорода перекрывает диапазон роста некоторых из самых теплолюбивых микробов на Земле, называемых гипертермофилами, в том числе эволюционно древних микробов, использующих кислород вблизи корня Универсального Древа Жизни.

Ведущий автор Джордан Стоун, который проводил это исследование в рамках своей программы MRes в области геологии окружающей среды, сказал: "Хотя предыдущие исследования показали, что небольшие количества перекиси водорода и других окислителей могут образовываться при сжатии или дроблении горных пород в отсутствие кислорода, это первое исследование, показывающее жизненно важную важность высоких температур для максимального увеличения образования перекиси водорода."

Главный исследователь доктор Джон Теллинг, старший преподаватель, добавил: "Это исследование показывает, что дефекты на измельченной породе и минералах могут вести себя совсем не так, как вы ожидали бы от более "совершенных" минеральных поверхностей. Все эти механохимические реакции необходимы для образования перекиси водорода и, следовательно, кислорода, воды, измельченных горных пород и высоких температур, которые присутствовали на ранней Земле до эволюции фотосинтеза и которые могли повлиять на химию и микробиологию в горячих, сейсмически активных регионах, где, возможно, впервые возникла жизнь".

Работа была поддержана за счет грантов Совета по исследованию природной среды (NERC) и Космического агентства Великобритании. В настоящее время ведется новый крупный последующий проект под руководством доктора Джона Теллинга, финансируемый NERC, с целью определения значимости этого механизма для поддержания жизни в недрах Земли.