Как сера помогла сделать Землю обитаемой до появления кислорода

Исследование молекулярных связей и колебательных мод молекул, содержащих изотопы серы, проливает свет на химические реакции, происходившие в атмосфере Земли в архейскую эру, до её оксигенации около 2,5 миллиардов лет назад.

Атмосфера архейского эона (4–2,5 млрд лет назад) не содержала молекулярного кислорода и была богата соединениями углерода и серы. Сера поступала в атмосферу в результате вулканической активности и подвергалась масс-независимому фракционированию (MIF), при котором её изотопы обогащались способом, не коррелирующим с их массой. Микробы метаболизировали серосодержащие молекулы, такие как сероводород (H₂S) и диоксид серы (SO₂), что в итоге привело к выделению кислорода и Великому кислородному событию. Понимание процесса MIF позволяет узнать больше об условиях, в которых возникла первая жизнь.

Механизм масс-независимого фракционирования серы остаётся неясным. Две основные гипотезы — фотолиз ультрафиолетом Солнца или реакции между атомарной серой. «Однако конкретное явление, реакция или механизм ещё предстоит идентифицировать», — отмечает профессор физической химии Дмитрий Бабиков.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Molecular Physics, Бабиков и его коллеги изучили молекулярные связи в молекуле S₄. Они обнаружили вторую, ранее неизвестную связь, которая удерживает две молекулы S₂ в трапециевидной структуре S₄ и ограничивает их вращение. Эта конфигурация влияет на колебательные моды молекулы, которые, в свою очередь, могут быть чувствительны к определённым изотопам серы и влиять на процесс MIF. «Но на данном этапе это всё ещё гипотеза», — подчёркивает Бабиков.

Изучение роли MIF в химии серы архейской Земли не только воссоздаёт картину среды до оксигенации, но и указывает на потенциальные биосигнатуры на экзопланетах с аналогичными условиями. «[Изотопы серы] потенциально могут служить признаком среды, создавшей жизнь на Земле», — говорит учёный.