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最早的生命可能出现在池塘中 而不是海洋中

发布时间:2019-06-06 15:08:20 来源:

‬麻省理工学院的一项新研究发现,原始池塘可能为酝酿地球的第一种生命形式提供了合适的环境,而不是海洋。

研究人员报告说,大约10厘米深的浅水体可能拥有高浓度的许多科学家认为是地球上起始生命的关键因素:氮。

在浅水池塘中,氮气以含氮氧化物的形式存在,很有可能积聚足以与其他化合物反应并产生第一批生物。研究人员说,在更深的海洋中,氮会更难以建立显着的,生命催化的存在。

“我们的总体信息是,如果你认为生命的起源需要固定氮,就像许多人一样,那么生命的起源很难发生在海洋中,”主要作者Sukrit Ranjan说,麻省理工学院地球系的博士后,大气和行星科学(EAPS)。“在池塘中发生这种情况要容易得多。”

Ranjan和他的同事今天在地球化学,地球物理学,地球系统杂志上发表了他们的研究结果。该论文的共同作者是EAPS海洋利用的Doherty助理教授Andrew Babbin,以及哈佛大学的Zoe Todd和Dimitar Sasselov以及剑桥大学的Paul Rimmer。

打破债券

如果原始生命的确是从涉及氮的关键反应中产生的,那么科学家们认为这种情况有两种可能发生。第一个假设涉及深海,其中含氮氧化物形式的氮可能与从热液喷口中冒出的二氧化碳反应,形成生命的第一个分子构建块。

关于生命起源的第二个基于氮的假设涉及RNA-核糖核酸,这种分子今天有助于编码我们的遗传信息。在其原始形式中,RNA可能是自由漂浮的分子。一些科学家认为,当与氮氧化物接触时,RNA可能已被化学诱导形成生命的第一个分子链。这种RNA形成过程可能发生在海洋或浅水湖泊和池塘中。

氮氧化物可能沉积在水体中,包括海洋和池塘,作为地球大气中氮的分解的残余物。大气氮由两个氮分子组成,通过一个强大的三重键连接起来,只能通过一个极其活跃的事件 - 即闪电 - 来破坏。

“闪电就像一个真正强烈的炸弹爆炸,”Ranjan说。“它产生足够的能量,打破了我们大气氮气中的三重键,产生含氮氧化物,然后下降到水体中。”

科学家认为,早期大气中可能存在足够的闪电噼啪声,产生大量的含氮氧化物,为海洋生命的起源提供动力。Ranjan说科学家们认为,一旦化合物进入海洋,这种闪电产生的含氮氧化物的供应相对稳定。

然而,在这项新的研究中,他发现了两个重要的“汇”或可能破坏了大部分氮氧化物的影响,特别是在海洋中。他和他的同事们查看了科学文献,发现水中的含氮氧化物可以通过与太阳紫外线的相互作用而分解,也可以通过从原始海洋岩石中脱落的溶解铁来分解。

Ranjan说,紫外线和溶解的铁都可以摧毁海洋中大部分氮氧化物,将化合物作为气态氮返回大气。

Ranjan说:“我们发现,如果你包括人们以前没有考虑过的这两个新的水槽,那么海洋中含氮氧化物的浓度相对于人们之前的计算值会减少1000倍。”

“建造一座大教堂”

在海洋中,紫外线和溶解的铁会使氮氧化物更难以合成生物。然而,在浅水池中,生命将有更好的机会占据上风。这主要是因为池塘的化合物稀释程度要小得多。结果,含氮氧化物会在池塘中形成更高的浓度。任何“下沉”,如紫外线和溶解的铁,对化合物的总浓度影响较小。

Ranjan说池塘越浅,含氮氧化物与其他分子,特别是RNA相互作用的机会就越大,催化第一批生物。

“这些池塘的深度可能在10到100厘米之间,表面积可达数十平方米或更大,”Ranjan说。“它们今天与南极洲的唐璜池相似,夏季季节深度约为10厘米。”

这可能看起来不是一个重要的水体,但他说这正是重点:在任何更深或更大的环境中,含氮氧化物只会过于稀释,从而无法参与生命起源化学。其他团体估计,大约39亿年前,就在地球上出现第一批生命迹象之前,世界上可能有大约500平方公里的浅水池塘和湖泊。

“与我们今天所拥有的湖泊面积相比,这是非常小的,”Ranjan说。“然而,相对于益生元化学家所假设的表面积的数量,需要开始生命,这是非常充足的。”

关于生命起源于池塘还是海洋的争论还没有得到很好的解决,但Ranjan说这项新研究为前者提供了一个令人信服的证据。

“这个学科不像敲打一排多米诺骨牌,更像是建造一座大教堂,”Ranjan说道。“没有真正的'aha'时刻。它更像是耐心地建立一个接一个的观察,并且正在出现的图片总体而言,许多益生元合成途径在池塘中似乎比海洋化学更容易。”

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