José Tadeu Arantes, FAPESP

Stefani Baum tərəfindən redaktə edilmiş , Robert Eqan tərəfindən nəzərdən keçirilmişdir

 Redaktorların qeydləriSakit Okeanda şampan hidrotermal ventilyasiyası: Tədqiqat əsas elmlərə yönəldilsə də, yanaşma elektrokataliz və hidrogen istehsalında texnoloji tətbiqlərə də ilham verir. Kredit: NOAA/Wikimedia Commons

Journal of the American Chemical Society jurnalında dərc edilən bir araşdırma , təxminən dörd milyard il əvvəl Yerdə baş vermiş ola biləcək kimyəvi reaksiyaları laboratoriyada yenidən yaratdı və həyatın yaranması üçün ilk molekulyar prekursorları meydana gətirdi.

Təcrübə göstərdi ki, fermentlərin iştirakı olmadan sualtı hidrotermal deşiklərdə mövcud olan təbii pH, redoks potensialı və temperatur gradientləri karbon qazının (CO₂) qarışqa turşusuna (CH₂O₂) azalmasına və sonradan sirkə turşusunun (C₂H₄O) əmələ gəlməsinə kömək edə bilərdi. Redoks potensialı oksidləşmə-reduksiya reaksiyasında maddənin elektron əldə etmə və ya itirmə meylinin ölçüsüdür. Nəticələr sualtı hidrotermal ventilyasiyaların prosesdə əsas rol oynadığı fərziyyəsini təsdiqlədi.

“Fərziyyə ondan ibarətdir ki, istilik ventilyasiyalarının yaxınlığında mövcud olan bu fiziki-kimyəvi təzadlar, mitoxondriyanın daxili və xarici hissələri arasında baş verən təbii gərginlik yaradır. Məhz bu gərginlik kimyəvi reaksiyaları saxlayır”, – tədqiqatın birinci müəllifi Tiaqo Altair Ferreyra bildirib.

Ferreira Ph.D. Braziliyanın São Paulo Universitetinin (IQSC-USP) San-Karlos Kimya İnstitutunun Fiziki Kimya Departamentinin elm üzrə elmi işçisidir və hazırda Yaponiyanın Vako şəhərindəki Fiziki və Kimyəvi Tədqiqatlar İnstitutunda (RIKEN) tədqiqatçıdır.

Qələvi hidrotermal ventilyasiyalar əsas (pH 9 ilə 12 arasında) və molekulyar hidrogenlə (H₂) zəngin olan isti mayeləri (adətən təxminən 70°C) buraxır . Bu mayelər ibtidai okeanın daha soyuq suyu (təxminən 5 ° C) ilə qarışır, bir az turşudur (pH təxminən 5.5). Bu mühitlərdə dəmir və nikel sulfidlərindən mikroməsamələrlə zəngin və elektron keçirə bilən mineral divarlar əmələ gəlir. Kontrast bu gün hüceyrə metabolizmini təmin edənlərə bənzər təbii gradientlər yaradır.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=8188791252&adk=1645945215&adf=308666314&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1761196405&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-10-underwater-thermal-vents-molecular-precursors.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&aieuf=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTQxLjAuNzM5MC41NSIsbnVsbCwwLG51bGwsIjY0IixbWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTQxLjAuNzM5MC41NSJdLFsiTm90P0FfQnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjE0MS4wLjczOTAuNTUiXV0sMF0.&abgtt=6&dt=1761196404695&bpp=1&bdt=57&idt=61&shv=r20251021&mjsv=m202510210101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1761196153%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1761196153%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3D1241933dda87baba%3AT%3D1750839581%3ART%3D1761196153%3AS%3DAA-AfjZwPuiSAour3k16ZA1JtXua&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=3804905929588&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=4&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=2139&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=31095106%2C31095299%2C31095352%2C95373974%2C95374047%2C95374289%2C95374627%2C95375703%2C31095372&oid=2&pvsid=5947609030604855&tmod=674931755&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&plas=164x742_l%7C164x742_r&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=451

“Hadeanda daha soyuq, daha turşulu bir okean olardı və hidrotermal ventilyasiyalardan çıxan isti, qələvi maye olardı. Bu, təkcə bu gün hüceyrə proseslərində mövcud olduğunu bildiyimizlə müqayisə edilə bilən müəyyən bir gərginlik yarada bilərdi. Təcrübəmiz yalnız bu gərginliyin karbon fiksasiya reaksiyasına səbəb olub-olmadığını müəyyən etməyə çalışdı. Ferreira yekunlaşdırdı.

Hadean Yer tarixinin ən qədim eonudur. Geoloji eon geoloji miqyasda ən böyük zaman vahididir. Yüz milyonlarla ildən milyardlarla ilə qədər davam edə bilər və geoloji dövrlərə bölünür. Hadean planetin yarandığı təxminən 4,6 milyard il əvvəldən, təxminən 4 milyard il əvvələ, yəni növbəti eon olan Arxeyanın başladığı dövrə uyğundur.

Fərziyyəni yoxlamaq üçün tədqiqatçılar hidrotermal mayelər və ibtidai okean suyu arasında qarşılıqlı əlaqəni simulyasiya edən dəzgah miqyaslı reaktorlar qurdular. Bu reaktorlarda temperatur, mineral tərkibi və kortəbii və ya induksiya edilmiş elektrik cərəyanlarının keçməsi üçün müstəqil nəzarət var. Prosesin mineraloji vasitəçiləri kimi dəmir-kükürd (Fe-S) mineralları və onların nikel tərkibli variantları (Fe-Ni-S) istifadə edilmişdir.

Ferreira deyir: “Dəmir-kükürd və dəmir-nikel-kükürd mineralları bu gün müxtəlif fermentlərdə gördüyümüz metal mərkəzlərinə çox bənzəyir. Bu, bizə protometabolizmi – fermentlərsiz bir metabolizmi – prosesin tətikçisi kimi nəzərdən keçirməyə imkan verir” deyir.

Təcrübələrdə reaktorun “okean” tərəfində pH qradiyenti altında və Fe-S və ya Fe-Ni-S varlığında qarışqa turşusu və sirkə turşusunun mikromolyar konsentrasiyaları aşkar edilmişdir. Bu, keçirici mineral maneə vasitəsilə “hidrotermal” tərəfdə H₂ oksidləşməsi ilə “okean” tərəfdə CO₂ azalması arasında əlaqəni göstərir. Bunlar Wood-Ljungdahl yolunun ilk iki addımıdır.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .

Amerikalı biokimyaçı Harland Vud (1907-1991) və isveçli biokimyaçı Lars Lyunqdalın (1926-2023) şərəfinə adlandırılan bu yol hidrogendən elektron donor kimi istifadə edən karbon fiksasiyası üçün metabolik bir yoldur. Bu yolda metanogen və asetogen bakteriyalar CO₂-ni adenozin trifosfatda (ATP) olduğu kimi xeyli miqdarda enerji saxlaya bilən fosfat bağlarına malik olan asetil koenzim A (asetil-KoA)-ya çevirir.

ATP bütün canlı hüceyrələrdə enerjinin saxlanması və daşınmasından məsul olan əsas molekuldur. Wood-Ljungdahl yolu Yer kürəsinin ən qədim biokimyəvi yollarından biri hesab olunur və ehtimal ki, Hadean eonunda aktiv olub.

“Biz iki məhsula diqqət yetirdik: qarışqa turşusu və sirkə turşusu. İlk addım – CO₂-ni qarışqa turşusuna, sonra isə sirkə turşusuna çevirmək – prosesin məhdudlaşdırıcı amili, enerji baxımından ən çətin hissəsidir. Biz bunu yalnız minerallardan istifadə etməklə həll etdik”, – Ferreira izah edir.

Tədqiqat həmçinin elektrik cərəyanlarının rolunu araşdırdı və müəyyən etdi ki, nanoamperlər (10⁻⁹ A) səviyyəsində olan kiçik cərəyanlar CO₂-ni effektiv şəkildə azaltmaq üçün kifayətdir.

“Bu, ibtidai dənizin dibində çox kiçik, lakin daimi elektrik cərəyanlarının protometabolizmi təmin etmək üçün kifayət edəcəyini göstərir” dedi Ferreira.

Tədqiqatın nəticələri ibtidai Yerdə qələvi hidrotermal ventilyasiyaların rolunu gücləndirir , iki protometabolik mərhələnin mürəkkəb bioloji mexanizmlərə ehtiyac olmadan təbii gradientlərdən və mineral səthlərdən çıxa biləcəyini göstərir.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=8188791252&adk=1645945215&adf=1092384543&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1761196405&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-10-underwater-thermal-vents-molecular-precursors.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&aieuf=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTQxLjAuNzM5MC41NSIsbnVsbCwwLG51bGwsIjY0IixbWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTQxLjAuNzM5MC41NSJdLFsiTm90P0FfQnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjE0MS4wLjczOTAuNTUiXV0sMF0.&abgtt=6&dt=1761196404695&bpp=1&bdt=57&idt=85&shv=r20251021&mjsv=m202510210101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1761196153%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1761196153%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3D1241933dda87baba%3AT%3D1750839581%3ART%3D1761196153%3AS%3DAA-AfjZwPuiSAour3k16ZA1JtXua&prev_fmts=0x0%2C750x280&nras=1&correlator=3804905929588&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=4&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=4253&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=31095106%2C31095299%2C31095352%2C95373974%2C95374047%2C95374289%2C95374627%2C95375703%2C31095372&oid=2&pvsid=5947609030604855&tmod=674931755&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&plas=164x742_l%7C164x742_r&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=3&uci=a!3&btvi=2&fsb=1&dtd=452

“Həyatın ilkin şərti üzvi molekulların “şorbası” deyil, enerji və entropiya mübadiləsi ilə təmin edilən düzgün yerdə və lazımi vaxtda nizamdır. Biz fermentlərin aktiv sahələrinə bənzəyən mineral səthlərin varlığında reaksiyaları tetikleyen fiziki-kimyəvi qradiyentin məntiqi üzərində işlədik”, – Ferreyra yekunlaşdırır.

Tədqiqat mümkün astrobioloji tətbiqlərlə (Yupiterin peyki Avropada və Saturnun peyki Enceladusda okean mühitləri üçün ssenarilər təklif edir) əsas elmlərə diqqət yetirsə də, yanaşma texnoloji tətbiqlərə də ilham verir.

Ferreira təklif edir: “Fermentlərə bənzər metal sahələrin əhəmiyyətini nəzərə alaraq, hazırda davamlı enerji alternativi kimi əsas diqqət mərkəzində olan elektrokataliz və hidrogen istehsalı, həmçinin iqlim dəyişikliyi kontekstində əsas problem olan atmosfer CO _{2- nin azaldılması üçün daha sabit və effektiv materiallar və şərtləri təsəvvür edə bilərik”.}

Tədqiqat Braziliya, Yaponiya, Böyük Britaniya və ABŞ-dan olan tədqiqatçıları bir araya gətirdi. Onların arasında Ferreyranın doktorluq məsləhətçisi professor Hamilton Varela da var idi.

“Ferreyra tərəfindən doktorluq təhsili zamanı inkişaf etdirilən və daha sonra doktorluqdan sonrakı tədqiqatları zamanı təkmilləşdirilən iş CO₂ azalmasında temperatur, pH və potensial qradiyentlərin roluna dair eksperimental sübutlar təqdim etdi və bu sahədə mühüm perspektivlər açdı. Bu tədqiqat Elektrokimya Qrupunun IQSC-USP-də Tematik Layihəsinin bir hissəsi olaraq hazırlanmışdır. əsas tədqiqatlar,” Varela deyir.

Ətraflı məlumat: T. Altair və digərləri, Sualtı Hidrotermal Havalandırma Şəraitləri altında Təbii Elektrokimyəvi Qradientlər tərəfindən dəstəklənən Karbonun Azaldılması, Amerika Kimya Cəmiyyətinin jurnalı (2025). DOI: 10.1021/jacs.5c01948

Jurnal məlumatı: Amerika Kimya Cəmiyyətinin jurnalı 

FAPESP tərəfindən təmin edilmişdir