Геологические поиски древней жизни часто сосредотачиваются на окаменелых органических структурах или биоминералах, которые могут служить «биосигнатурами», которые сохраняются в горных породах в течение чрезвычайно долгого времени. Минеральные элементы, такие как сера, часто образуются в результате биологической активности. Микробы также могут производить множество характерных внеклеточных структур, напоминающих оболочки и стебли.
Однако, согласно новым открытиям, опубликованным в журнале Nature Communications, углеродно-серные микроструктуры, которые сегодня были бы признаны некоторыми экспертами как биоматериалы, способны к самосборке при определенных условиях, даже без прямой биологической активности. Эти «ложные» биосигнатуры потенциально могут быть неверно истолкованы как признаки биологической активности из-за их сильного сходства с микробными структурами.«Удивительно, но мы обнаружили, что можем создавать всевозможные биогенные материалы, которые имеют правильную форму, структуру и химический состав, чтобы соответствовать природным материалам, которые, как мы предполагаем, производятся биологически», — сказал доцент Алексис Темплтон из Департамента геологических наук CU Boulder и старший автор нового исследования.
Исследование возникло в результате полевых исследований в канадской высокой Арктике, где группа ученых, работающая с Темплтоном, идентифицировала организмы, метаболизирующие серу, которые обитают в минеральных отложениях размером с торговый центр, которые образуются на поверхности льда. Некоторые из этих серных отложений были возвращены в CU Boulder, чтобы определить, содержат ли они «биосигнатуры», которые могут иметь отношение к поискам жизни на Марсе или Европе, одном из спутников Юпитера.Затем Темплтон и научный сотрудник CU-Boulder Джули Космидис приступили к изучению основных механизмов биологического образования минералов серы, прежде чем понять, что некоторые из «внеклеточных структур» и связанных минералов серы могут быть воспроизведены в лаборатории без присутствия каких-либо организмов.
«Сначала было очень неприятно видеть, что структуры углерод-сера проявляются в наших тестах без биологической активности, поскольку они выглядели очень микробными», — сказал Космидис, ведущий автор исследования.«Но тот факт, что эти структуры собираются самостоятельно, делает их открытие еще более захватывающим. Они бросают вызов нашему представлению о том, что такое биосигнатура, и могут научить нас неожиданным взаимодействиям между углеродом и серой», — сказал Космидис.Полученные данные показывают, что микроструктуры углерод-сера больше не могут быть надежными индикаторами микробов, но они по-прежнему полезны для реконструкции экологических процессов везде, где есть активный круговорот серы.
«Нам интересно узнать, как организмы опосредуют минерализацию, и обычно сложно продемонстрировать, что минерал был произведен живым организмом», — сказал Темплтон. «Это исследование — еще один шаг вперед в понимании фундаментальных процессов самосборки, которые важны как для материаловедов, так и для биологов и химиков».Но в то время как микроструктуры углерода и серы могут помешать попыткам идентифицировать древнюю жизнь, они могут предоставить дорожную карту для совершенно другой инновации: литий-серных (Li-S) батарей нового поколения.Перезаряжаемые Li-S батареи считаются многообещающим преемником литий-ионных батарей, которыми питается большая часть современной бытовой электроники. Li-S батареи могут содержать до пяти раз больше энергии, чем литий-ионные батареи, но представляют собой ряд производственных препятствий, которые еще предстоит преодолеть в промышленных масштабах.
Однако микроструктуры углерод-сера, созданные в новом исследовании, могут решить одну из ключевых проблем, заключив серу в проводящий углерод, потенциально создавая более электрически эффективные Li-S батареи.«Мы производим материалы с желаемыми свойствами, и мы делаем это, имитируя естественный процесс окружающей среды», — сказал Темплтон. «Это новый многообещающий путь к разработке батарей».