Le groupe de recherche a proposé un mécanisme efficace pour utiliser l'énergie chimique générée par les fluides hydrothermaux chauds jaillissant des bouches hydrothermales sur les premiers fonds océaniques de la Terre pour la synthèse de biomolécules. Crédit :ELSI
Bien qu'on ne sache pas comment la vie a commencé, il existe une communauté de scientifiques qui soupçonnent que cela s'est produit dans ou autour des environnements hydrothermaux des grands fonds. Sur de tels sites, l'eau chauffée au contact des roches chaudes du manteau terrestre se jette dans l'océan inférieur, passant au-dessus et à travers des minéraux qui sont eux-mêmes précipités par l'interaction de cette eau chaude avec de l'eau de mer froide. Les minéraux comprennent souvent des sulfures métalliques, comme le sulfure de fer, également connu sous le nom de pyrite ou d'or des fous. En se précipitant, ces précipités minéraux commencent à former des canaux pour l'eau chaude de l'évent, et puisque les minéraux contenant du métal sont électriquement conducteurs et que les compositions de l'eau de ventilation et de l'eau de mer sont différentes, un gradient électrique est créé - quelque chose comme une batterie naturelle - avec un courant électrique circulant de l'eau de ventilation à travers les minéraux et dans l'océan. Une équipe dirigée par des scientifiques de l'Institut de technologie de Tokyo/Earth-Life Science Institute (ELSI) a maintenant montré, via des expériences de laboratoire minutieuses, que ce courant peut réduire les minéraux de sulfure métallique en métaux natifs et en conglomérats mixtes de sulfure de métal/métal, qui à son tour peut réduire et catalyser la réduction de divers composés organiques.
L'équipe dirigée par Norio Kitadai, un scientifique affilié au Tokyo Institute of Technology/Earth-Life Science Institute (ELSI) ainsi qu'un scientifique à l'Agence japonaise pour les sciences et technologies marines et terrestres (JAMSTEC), a produit un ensemble de réactions électrochimiques en laboratoire qui sont soupçonnées d'avoir été générées dans les premiers environnements de cheminées hydrothermales du fond océanique. Ils ont démontré que les sulfures métalliques, y compris ceux du fer, le cuivre, mener, et de l'argent (dont certains sont des minéraux constitutifs courants dans les environnements d'évents hydrothermaux), ont été convertis en métaux natifs par électroréduction. Des complexes de sulfure de métal et de métal réduit ont également été produits au cours du processus. On a également découvert que plusieurs réactions chimiques organiques indispensables dans la vie moderne étaient favorisées par ces complexes. Les auteurs pensent que les métaux et les sulfures métalliques ont servi d'agents réducteurs et de catalyseurs pour ces réactions.
Cette recherche identifie un nouveau mécanisme pour la création de composés organiques entraînés par la production d'électricité hydrothermale dans les fluides hydrothermaux. Une implication passionnante de ce travail est que, étant donné que le courant électrique semble être universellement généré dans les environnements de ventilation hydrothermale en eau profonde sur Terre, partout où de tels processus hydrothermaux se produisent dans le cosmos, devraient également promouvoir ce type de chimie. En effet, des observations astronomiques et spatiales récentes suggèrent qu'il pourrait y avoir une activité hydrothermale vigoureuse sur les lunes de Saturne et de Jupiter (Encelade et Europe), et l'activité hydrothermale était probablement courante au début de Mars. D'autres recherches sur les effets de divers métaux et gradients électriques devraient en dévoiler beaucoup plus sur les conditions environnementales qui peuvent faciliter la chimie prébiotique. Cela pourrait finalement conduire à une meilleure compréhension de l'universalité et de la similitude de la vie dans l'univers.
Schéma conceptuel d'un évent hydrothermal supposé avoir été largement distribué sur le fond océanique Hadean. L'hydrogène et le sulfure d'hydrogène contenus dans les fluides hydrothermaux sont oxydés à l'intérieur de l'évent, et les électrons générés s'éloignent de l'évent le long de la différence de potentiel électrique entre les fluides hydrothermaux et l'eau de mer, qui génère un courant électrique permanent (production d'électricité hydrothermale). Crédit :Kitadai et al. (2019) Avancées scientifiques