按照宇宙的标准，人类的生命只是一瞬间，而按夜飞的标准，这是永恒。对我们而言，评估自己的人生历程的复杂性在于过程中发生的事件，我们遇到的人以及与我们分手的人，我们经历的情感。毕竟，生物的大脑越复杂，其自我意识就越复杂。但是，任何路径不仅取决于其丰富性，还取决于它早晚结束的事实。许多世纪以来，人们一直试图回答生命边缘之外的问题，而且没有人能给出明确的明确答案。尽管如此，“之前”仍然比“之后”更具神秘感和神秘感。美国自然历史博物馆（美国纽约）的科学家进行了一项研究，它描述了数十亿年前有机分子起源的可能变体。是什么可以作为地球生命的开始，发生的地方，以及这些知识如何帮助我们理解现在和现在的世界？这些问题的答案隐藏在科学家的报告中。走。
研究依据
如前所述，在人或任何其他生物失去生命力之后，尚不确定会发生什么。物理学家，生物学家，神学家和哲学家都问过这个问题。他们都有答案，每个答案都有生存的权利，但是这些只是出于明显原因尚未得到经验证实的理论。
至于一切开始之前发生的事情，这个问题既复杂又模棱两可。大爆炸理论给了我们关于宇宙起源的想法，但是关于它之前发生的事情仍然存在疑问。达尔文的进化论有助于理解我们星球上的物种如何相互联系，如何进化以及如何将其转化为另一种。但是，即使在这里也会出现问题：什么是第一，谁是第一，生命为何诞生，在什么情况下是偶然发生的事件，还是某人的伟大计划？几个世纪以来的问题一直存在。
然而，现代人所拥有的知识可以作为建立导致生命诞生的事件链的工具。我们知道，氢，氮和氧是生命起源和维持的基本元素。在现代生活中，大多数有机分子是通过几种“碳固定”途径（例如植物中的光合作用）通过减少二氧化碳（CO 2）形成的。但是这些途径中的大多数要么需要细胞的能量，要么出现得相对较晚。问题来了-之前发生了什么？
据科学家的用于有机物质的形成的方法之一可以是CO的还原2与H的帮助2。地质研究表明，CO在katarchean *期间，在海洋中发现了2的较高浓度，而H 2是地壳中多个过程的产物，并通过热液喷口释放到外部。
Katarchei *是一个地质世代（时间周期），持续了地球存在的最初6亿年。因此，在两种环境（海洋与地壳）的交界处，两种溶解气体之间发生了反应，这导致了碳氢化合物的形成，随后碳氢化合物在从地球化学向生物化学的转变中起着重要作用。
图像№1
在标准条件下（1在25℃，pH 7）中，CO之间的反应2和H 2与甲酸酯的形成（HCOO - ）是热力学上ΔG不利0' = + 3.5千焦/摩尔。然而，在古碱性弹簧（1A），H 2是存在于OH -富水热源，其促成了其氧化成水的水域。此外，CO 2将溶解在相对酸性的海洋，这有利于质子化在其还原成HCOO - 。
借助于沉积在海洋与地壳之间的界面上的Fe（Ni）S矿物，pH梯度超过三个单位应该足以使反应的活性增加〜180 mV，这使其有利于有机形成。
一旦形成，甲酸盐将具有足够的非生物化学潜力。例如，已知甲酰基形成三羧酸的还原循环*和乙酰辅酶A还原途径*的中间化合物，这暗示了生物代谢发展的可能途径。
* — .
- ( - WL-)* — , 2 .另一种理论认为，在氨（也是碱性水的假定成分）存在下加热时，甲酸形成甲酰胺[HC（O）NH 2 ]，这是一种高反应性分子，是生命起源理论（甲酰胺和生命起源）之一的基石。）。该混合物的进一步反应产生了氰化氢（HCN），这也是有机物形成的另一种理论的基础（氰硫代谢代谢中RNA，蛋白质和脂质前体的常见来源）。反过来，甲酸的脱水会导致在原始条件下将碳固定在（Fe，Ni）S上而形成一氧化碳（CO）（活化的乙酸）。如您所见，有机化合物的起源有许多种理论，每一种都有非常合乎逻辑的解释。
尽管地球早期存在多种减少碳的来源，并且有许多可能存在富化学物质的环境，但上述碱性水热情景与科学家们感兴趣的原因更多，因为它与固定碳的WL方法相似。
另一个支持碱性水热情景对形成有机物的潜在重要性的论点是，WL过程是已知的六种固定碳的生物途径中的唯一一种，该途径通常释放能量而不是消耗能量，并且其变化存在于两个古细菌的现有代表中（产甲烷菌*）和细菌（乙酸原*）。
产甲烷菌*是古细菌，在缺氧条件下会形成甲烷作为新陈代谢的副产物。
产乙酸菌*是细菌释放醋酸（CH 3 COO - ），为无氧呼吸或homoacetate发酵的终产物。在这个方向上的第一个步骤是CO的还原2用H 2，以形成甲酸盐（HCOO -或它的脱水电子等效，即CO）。
此反应是endergonic *的，因此古细菌和细菌的某些成员在细胞膜上使用电子分叉*或化学渗透*来触发此过程。
内胚层反应* -化学反应，其过程需要外界能量。
电子分叉* -氧化还原反应中电子分离的机制。
Chemiosmos * -将电子传输链的能量转换为ATP（三磷酸腺苷）的能量。然而，在缺乏诸如电子分叉或化学渗透的细胞融合机制的情况下，该第一发光阶段是WL途径中的关键能量瓶颈，并且在生物碳固定的起源研究中仍然是主要的开放性问题。
在这项研究中，研究人员证明非生物间接还原CO 2到HCOO -使用H 2诱导的pH梯度在微流体沉积物的Fe（Ni）的S，通过某种机制，类似于一个流动路径分开WL电子。
研究成果
首先，通过模拟地壳和海水之间的界面，准备了相当于实验室的碱性热液介质。碱性成分包括在脱气水中的Na 2 S（100 mM），K 2 HPO 4（10 mM）和Na 2 Si 3 O 7（10 mM）。海洋类似物包括FeCl 2（50 mM）和NiCl 2（5 mM）。将两种流体进料到Y形硼硅酸盐微流体反应器（1B）。
H 2和CO 2的环境压力不足以减少CO 2排放因此，决定使用在压力下运行的微流体泵，而不是尝试通过在反应前冒泡来溶解任何气体。
起泡（起泡）* -使气体通过一层液体的过程。用H 2在1.5 bar的压力下将碱性液体推出，将海洋类似物在相同压力下用CO 2推出。
反应器的每个循环分为两个连续的阶段：首先，用于在两种液体的结合处（在界面处）沉积Fe（Ni）S沉积物；第二步（“后沉淀”）-试图在CO 2和H 2（或其他试剂）之间产生反应。
由于碱性液体和海洋类似物在沉淀阶段相互作用15-60秒的结果，在两种液体之间的界面处形成了宽度为30至60μm的沉积物，在数字光学显微镜下可见（在中心1B）。沉淀后从海洋类似物一侧去除金属可防止沉积物增加到反应堆通道关闭的临界值。
在第二阶段形成沉积物并防止微流体通道因进一步沉积而堵塞之后，将海洋流体转换为由CO 2置换的干净的脱气水（图1B右）。在这种情况下，碱性液体的类似物与被H 2推出的Na 2 S，K 2 HPO 4和Na 2 Si 3 O 7保持相同。
接下来，确定进入点处进入液体的pH值：海洋类似物-pH 3.9，碱性水-pH 12.3。每个入口的流速为5μL/ min时，液体在中央通道中的停留时间约为3.3 s，因此在收集输出数据之前，系统应运行至少2分钟。接下来，收集反应器的总输出（液体混合物），并通过NMR光谱分析。的分析表明，HCOO的平均值-浓度为1.5μM。
表1：实验结果。
图片＃2 1 H NMR光谱中的
单峰峰（8.42 ppm; 2A）和1313 C NMR（165.8 ppm）对应于纯（> 98％）甲酸样品。用同位素富集的（99％13 C）13CO 2（实验2）进行沉淀和反应阶段，在13 C光谱中获得更强的单峰（165.8 ppm; 2B），并预期将甲酰基单峰分裂成双峰（信号分裂成两个峰）。由于甲酰基（2C）中1 H- 13 C的相互作用，光谱1 H（J = 195 Hz ）。 事实证明，需要H 2来减少CO 2排放。出口侧的液体由N 2代替H 2控制
（即，在沉淀期间和之后都没有H 2），没有检测到还原产物（实验3；2E和2F）。
为了更深入地了解正在进行的过程，在整个实验过程中，使用同位素变体进行了氘标记（2 H或D）的其他实验（实验4和5）。
无论所使用的未标记的ħ 2（实验1）或d 2（实验4），用于控制在碱性液体侧仅观察到非同位素标记的HCOO泵-流体出口。该观察结果表明，CO的减少2只能发生在海洋一侧。
相反地，与d 2代替常规H的使用Ò 2 O于海洋侧和与未标记ħ 2行驶在碱性液体侧的泵（实验5），排他地氘化甲酸盐（DCOO - ）被发现，通过所证明在13 C NMR（J = 33 Hz）下出现三重峰，没有其他明显的峰（2D）。这进一步证实，CO 2还原对应于海洋侧而不是地壳侧的同位素组成。
在研究的下一阶段，测试了模拟水下碱性热液系统的pH梯度的作用。表1所示的成功的CO 2减少成功发生在海洋模拟pH 3.9和排放模拟pH 12.3处。
混合时，不可避免地会降低8.4个单位的初始pH值，但随着时间的流逝，成功地维持了几个单位的pH梯度（在微流体尺度上），尤其是在界面处存在沉淀物的情况下。
有必要了解还原系统中是否需要这样的pH梯度来促进碱侧的H 2氧化和酸侧的CO 2还原（1A）。在与实验1相同的条件下沉淀后，评估了两种液体中每种液体的不同pH值和组成的影响（表2）。用纯ħ更换模拟碱性源2 ö由H驱动2是无效的（表2，实验6）。
表2：具有不同pH值的实验结果。
同样，用HCl将碱性源类似物液体酸化至pH 3.9和pH 7.0也不会导致形成甲酸（实验7和8）。使用CO 2时向海洋流体中
添加100 mM Na 2 CO 3由于推进气体（实验9）将海洋的pH值提高到9.8，在这些条件下未发现任何产品。沉淀后从源侧除去硅酸盐仍然得到甲酸盐（试验10），仅用Na 2 S除去硅酸盐和磷酸盐也是如此（试验11）。
在碱性源侧沉积后仅使用K 2 HPO 4，仅检测到残留的甲酸盐（低于0.37μM的定量限），这可能是由于碱性pH 9.1不足引起的（实验12）。另一方面，碱性更高的K 3 PO 4将pH值提高至12.1，并导致形成更多的甲酸（实验13）。
科学家说，他们不能完全排除与沉淀物相关的硫化物除H 2之外还作为还原剂的可能性。但是，以上结果同时证实了pH梯度的作用，并表明系统中不需要连续进料硫化氢。
从海洋沉积液中去除镍（实验14）仅导致形成少量甲酸盐。相反地，取代的Fe离开Ni作为在海洋沉积流体的唯一金属（的NiCl 2，55毫米;实验15），得到1.4μM甲酸，表明在沉淀组合物的Ni决定性的作用。
去除FeCl 2和NiCl 2如所预期的那样，来自海洋流体的污染物并未导致形成可检测的甲酸盐和沉积物（实验16）。
科学家认为，最恰当的解释是电化学过程（1A），但是有几种替代的机制可以减少与H 2氧化有关的CO 2排放，但这种可能性较小。 这些机制之一可以称为“最简单的”，但也可以称为生物化学上最少的-由于直接氢化（3A - 3C）导致的碳还原。在这种情况下，来自H 2的氢将直接转移到CO 2中
要么是原子氢（经典氢化），要么是氢化物（离子氢化）。
图像3
换句话说，这种机制的输出必须与释放的H 2 / D 2气体的同位素特征相对应。取而代之的是，在这种情况下产生的甲酸盐仅与海洋一侧的水的同位素组成匹配，而与热液一侧的气体或水的组成无关。
在直接加氢机理中，被吸附的氢颗粒可与周围的液体交换，从而失去了原始的同位素特征。然而，任何这样的过程都涉及大量液体通过沉积物的迁移。液体的大量混合应引起甲酰基的混合H / D信号，这在实际实验中未观察到，完全不包括氢化。
另一个可能的选择是所得甲酸酯中的氢原子可能不直接来自H 2。取而代之的是，该机制可以通过边缘或拐角Fe或Ni原子（M 2 + ⇄M 0）的氧化还原循环来实现，其中金属首先被H还原2（保留两个质子用于稀释），然后金属将获得的电子转移到CO 2，并伴随从本地水性介质（3C - 3E）中去除质子。
但是，这种情况很难与实验期间的实际pH值进行比较。仅通过将CO 2溶解在水中来达到3.9的pH 。因此，从海洋侧上的任何质子应该发生如碳酸通过离解的结果：
H ^ 2 O + CO 2 ⇌ħ 2 CO 3 ⇌ħ + + HCO - 3
当反应使用d进行2 O（实验5）在海洋上侧的溶剂，只DCOO -被输出流中找到。因此，在存在正常水（H 2 O）和H 2的源侧未发生CO 2还原。 这种局部的氧化还原循环可能有几种情况（3D和3E），但是由于它们都需要联合放置，因此它们都不能提供仅在海洋一侧的同位素特征，这是在实验期间观察到的。
结合反应的强烈pH依赖性，这些结果表明CO 2的还原是通过电化学机制发生的，其中来自碱性源侧H 2氧化的电子通过Fe（Ni）S沉淀移向海洋侧CO 2。 （1A）。
如果没有激活和维持海水与碱性热液喷口之间相互作用的机制，就不可能发生上述过程。另外，由于所形成的有机化合物在发挥任何生化作用之前可以简单地溶解在海水中，因此出现了有关其“活力”的问题。
第一个问题的答案可能是文丘里效应*，它是由热液喷口结构的孔隙率增加引起的。进入排放口后，海洋二氧化碳会与通过水热排放通道的催化性矿物传输的电子发生反应，并且当两种液体接触时，还会及时出现新的沉积物。
文丘里效应* -液体或气流流过管道的狭窄部分时的压降。该理论的模型表明，在300μm宽的实验反应器中，实际上发生了两种试剂的微流体融合，这在实际实验过程中得到了证明。
科学家们还指出，这种影响不仅限于水下碱性喷口，而且很可能发生在任何地方，任何深度的多孔热液系统中，从而为生命起源提供了多种地球化学方案。
应该注意的是，使用H 2还原CO 2的微流体系统并不是唯一的系统。还有一种使用单通道周期系统的技术。 其他矿物（Fe 3 Ni），较高压力（H为10 bar
2）和比所进行的实验更高的温度（100°C），该分批系统允许获得更多的甲酸，以及进一步还原的几种产物（乙酸盐，甲醇和丙酮酸）。此外，甲酸盐的产生速率（5.21 x 10 -9 mol / s）比微流体系统所获得的速率高四个数量级。
周期性系统的重要性在于其结果证实了微流体系统的性能。这证实了关于缺氧碱性热液喷口条件下有机物存在的理论。
要更详尽地了解这项研究的细微差别，建议您查看科学家和其他材料。
结语
一切都有起点的都有终点。毕生从电影《黑客帝国》中说出的这些词，在某种解释中或在另一种解释中，是真正的哲学家和科学家在很久以前发行的。此外，从学校化学过程中回想起科学的基本原理之一-任何地方都不会消失，也不会无处不在。最终或之后发生的一切，人类将不得不应对很长时间。但是对于开始时已经有了一些了解。
在这项研究中，科学家描述了第一种有机化合物形成的可能变体。他们认为，这一过程发生在海水和热泉之间的交汇处。在实验过程中，可以通过H 2将CO 2转化为有机分子并控制pH。
这一结果不仅说明了我们星球上生命的起源，而且还可以用于开发减少CO 2排放的仪器，这是现代世界非常令人困扰的问题。除其他事项外，了解有机物如何在地球上出现，使我们能够建立更具成本效益的理论，以了解有机物在我们这样的其他行星上可能存在的情况。
如果我们转向更具哲学性的潮流，那么我们可以充满信心地说，这项工作表明了理解过去对于成功形成未来的重要性。历史充斥着研究，同时代的研究被称为好奇心和浪费时间。事实证明，其中绝大多数比任何人都想像的重要得多。结论很简单：在科学中，无论乍看起来它们多么愚蠢，您都需要寻找所有问题的答案。
谢谢大家的关注，保持好奇心，祝您一周工作愉快。:)
一点广告
感谢您与我们在一起。你喜欢我们的文章吗？想看更多有趣的内容吗？通过下订单或向朋友推荐，为开发人员提供云VPS，最低价格为4.99美元，这是我们为您发明的入门级服务器 的独特类似物：关于VPS（KVM）E5-2697 v3（6核）的全部真相10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps从$ 19还是如何正确划分服务器？（RAID1和RAID10可用的选件，最多24个内核和最多40GB DDR4）。
阿姆斯特丹的Equinix Tier IV数据中心的Dell R730xd 2x是否便宜？仅在荷兰有2台Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100电视！戴尔R420-2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB-$ 99起！阅读有关如何构建bldg的基础结构的信息。戴尔R730xd E5-2650 v4服务器上的价格为9000欧元的价格？