Група американських і японських вчених встановила, що хімічні екосистеми можуть еволюціонувати за наявності ресурсу вихідних реагентів. Автори нової роботи змішали розчин простих органічних речовин, неорганічних солей і джерела хімічної енергії (АТФ або персульфата амонію) з порошком піриту, перемішували пару днів, а потім перенесли частину в посудину з новою порцією вихідного розчину з піритом і послідовно переносили сорок разів. На 12 поколінні концентрації органічних речовин і похідного АТФ почали знижуватися, а на кристалах піриту утворювалися фрактальні малюнки. Результати дослідження опубліковані у відкритому доступі в журналі.
Згідно з однією з теорій виникнення життя, розвиток необхідних складних речовин на Землі стався завдяки еволюції хімічних екосистем, які накопичувалися на поверхні мінералів і складалися з молекул, здатних каталізувати реакції утворення один одного. Одна з моделей виникнення таких систем заснована на припущенні про те, що органічні молекули адсорбувалися на залізисто-сірчаних мінералах і «росли» в оточенні джерел атомів вуглецю. Одного разу збагачені найважливішими молекулами, взаємно-каталізовані системи розвивалися і поширювалися по поверхні мінералів, використовуючи потоки речовин і енергії з навколишнього середовища для формування всіх потрібних компонентів.
Лена Вінсент (Lena Vincent) з колегами з Вісконського університету в Мадісоні змішали речовини, що ймовірно існували в добіотичний період, з порошком поширеного в той час піриту і досліджували еволюцію розчину, додаючи нові порції компонентів до речовин, які синтезувалися в попередньому поколінні. Розчин з порошком піріта залишили на пару днів, потім перенесли суміш у посудину з новим розчином піриту і знову залишили на два-три дні. Через кожні шість поколінь автори визначали рН, концентрації речовин та ортофосфату - похідного молекули АТФ, яку додали в розчин як джерело хімічної енергії. Вихідний бульйон містив амінокислоти, органічні кислоти, солі перехідних металів, деякі неорганічні солі, азотисті підстави, цукру, кофактори та деякі інші сполуки.
Щоб переконатися, що зміни в розчині протікають завдяки послідовному перенесенню в судини з новими розчинами, а не в результаті старіння або попадання речовин з навколишнього середовища, дослідники порівнювали результати з контрольними зразками.
У десяти незалежних серіях експерименту автори виявили значне зниження концентрації ортофосфату в поколіннях шість, 12 і 18 порівняно з контрольними розчинами. Дослідники припускають, що це сталося або через облогу або адсорбцію на піриті, або через перехід у вторинні неорганічні аніони або фосфорильовані органічні сполуки. Вміст органічних сполук, які поглинають електромагнітне випромінювання в СФ і видимій області, почав знижуватися в 12 поколінні. Автори стверджують, що ці з'єднання залишали розчин аналогічно ортофосфату.
На зображеннях скануючого електронного мікроскопа гранул порошку піриту дослідники помітили фрактальний малюнок, який на гранулах контрольного образу зустрічався рідко. В результаті додаткових експериментів автори переконалися, що для утворення малюнка необхідна наявність в розчині як неорганічних солей, так і органічних речовин і АТФ. За словами авторів, це вказує на наявність органічного шару на поверхні піриту, який дозволяє утворюватися кристалічним структурам.
Автори помітили систематичні зміни протягом циклів перенесення і тривалий цикл спаду і підвищення концентрацій вільного ортофосфату та органічних сполук, який вказує на можливість виникнення динамічно підтримуваної хімічної екосистеми, що саморозповсюджується. За їхніми словами, модифікація використаного методу вивчення еволюції хімічних екосистем з піритом шляхом варіювання початкових компонентів і концентрацій допоможе вченим краще зрозуміти виникнення умов для розвитку життя.
Раніше британським вченим вдалося з води, сірководню, тіоацетату, коротких нітрилів і окислювача отримати пептиди в м'яких умовах ранньої Землі. Поліпептидний ланцюг нарощувався в результаті циклу послідовних реакцій тіолізу, гідролізу та окислення.