地球初期の生命環境における鉄・硫黄・熱の役割を探る(Geobiology: iron, sulfur, heat – and first life)

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2025-04-30 マックス・プランク研究所(MPG)

地球初期の生命環境における鉄・硫黄・熱の役割を探る(Geobiology: iron, sulfur, heat – and first life)
A miniature black smoker
The syringe injects the sulfidic fluid into the iron-rich solution in the vial. This precipitates a black iron-sulfide membrane. | © Vanessa Helmbrecht

ミュンヘン大学(LMU)の地球生物学研究チームは、約40億年前の地球環境を模した実験により、初期生命体が鉄と硫黄の化学反応から得られる水素をエネルギー源として利用し、メタンを生成する代謝経路(アセチルCoA経路)を再現しました。実験では、鉄と硫化物の反応により生成された鉱物(マッキナウ石やグレイガイト)から水素が発生し、これを超好熱性古細菌Methanocaldococcus jannaschiiが利用して増殖しました。この成果は、初期生命が栄養素やビタミンなしで、無機的な化学反応から得られるエネルギーで生存可能であったことを示唆し、生命の起源に関する理解を深めるものです。また、同様の条件が他の惑星でも存在する可能性があり、地球外生命の探索にも影響を与えると考えられます。

<関連情報>

地球初期の地球化学シミュレーションにより、水素に依存した原始代謝が促進される Simulated early Earth geochemistry fuels a hydrogen-dependent primordial metabolism

Vanessa Helmbrecht,Robert Reichelt,Dina Grohmann & William D. Orsi
Nature Ecology Evolution  Published:30 April 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41559-025-02676-w

Abstract

Molecular hydrogen is the electron donor for the ancient exergonic reductive acetyl-coenzyme A pathway (acetyl-CoA pathway), which is used by hydrogenotrophic methanogenic archaea. How the presence of iron-sulfides influenced the acetyl-CoA pathway under primordial early Earth geochemistry is still poorly understood. Here we show that the iron-sulfides mackinawite (FeS) and greigite (Fe3S4), which formed in chemical garden experiments simulating geochemical conditions of the early Archaean eon (4.0–3.6 billion years ago), produce abiotic H2 in sufficient quantities to support hydrogenotrophic growth of the hyperthermophilic methanogen Methanocaldococcus jannaschii. Abiotic H2 from iron-sulfide formation promoted CO2 fixation and methanogenesis and induced overexpression of genes encoding the acetyl-CoA pathway. We demonstrate that H2 from iron-sulfide precipitation under simulated early Earth hydrothermal geochemistry fuels a H2-dependent primordial metabolism.

1702地球物理及び地球化学
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