原始池塘可能提供了比地球更適合塑造地球第一生命形式的環(huán)境

麻省理工學(xué)院的一項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)，原始池塘可能提供了比地球更適合塑造地球第一生命形式的環(huán)境。

研究人員報(bào)告說(shuō)，大約10厘米深的淺層水體中可能含有高濃度的氮，而許多科學(xué)家認(rèn)為這是啟動(dòng)地球生命的關(guān)鍵成分。

在淺水池塘中，以一氧化二氮形式存在的氮很可能會(huì)積累到足以與其他化合物反應(yīng)并產(chǎn)生第一生物的機(jī)會(huì)。研究人員說(shuō)，在更深的海洋中，氮將很難建立顯著的，促進(jìn)生命的存在。

“我們的總體信息是，如果您像許多人一樣認(rèn)為生命起源需要固定的氮，那么很難讓生命起源于海洋，”主要作者，麻省理工學(xué)院地球系博士后蘇克利特·蘭揚(yáng)(Sukrit Ranjan)說(shuō)。 ，大氣和行星科學(xué)(EAPS)。“在池塘里發(fā)生這種事情要容易得多。”

Ranjan和他的同事今天在《地球化學(xué)，地球物理學(xué)，地球系統(tǒng)》雜志上發(fā)表了他們的研究結(jié)果。該論文的共同作者是EAPS海洋利用的Doherty助理教授Andrew Babbin，以及哈佛大學(xué)的Zoe Todd和Dimitar Sasselov以及劍橋大學(xué)的Paul Rimmer。

打破紐帶

如果原始生命確實(shí)確實(shí)是由涉及氮的關(guān)鍵反應(yīng)引起的，那么科學(xué)家認(rèn)為可以通過(guò)兩種方式發(fā)生這種情況。第一個(gè)假設(shè)涉及深海，其中一氧化二氮形式的氮可能與從熱液噴口冒出的二氧化碳反應(yīng)，形成了生命的第一個(gè)分子構(gòu)件。

關(guān)于生命起源的第二個(gè)基于氮的假說(shuō)涉及RNA-核糖核酸，這種分子如今可以幫助編碼我們的遺傳信息。以其原始形式，RNA可能是自由漂浮的分子。一些科學(xué)家認(rèn)為，當(dāng)與一氧化二氮接觸時(shí)，RNA可能已被化學(xué)誘導(dǎo)形成生命的第一條分子鏈。RNA的形成過(guò)程可能發(fā)生在海洋中或淺湖和池塘中。

氮氧化物可能會(huì)沉積在包括海洋和池塘在內(nèi)的水體中，作為地球大氣中氮分解的殘余物。大氣中的氮由兩個(gè)氮分子組成，它們通過(guò)一個(gè)牢固的三鍵連接，只能被一個(gè)極高能的事件(即閃電)破壞。

蘭揚(yáng)說(shuō)：“閃電就像一顆非常強(qiáng)烈的炸彈在爆炸。” “它產(chǎn)生的能量足以破壞我們大氣氮?dú)庵械娜I，從而產(chǎn)生一氧化二氮，然后這些氧化氮會(huì)下雨而進(jìn)入水體。”

科學(xué)家認(rèn)為，在早期的大氣層中可能會(huì)有足夠的雷聲劈啪作響，以產(chǎn)生大量的一氧化二氮，為海洋的生命起源提供動(dòng)力。蘭揚(yáng)說(shuō)，科學(xué)家們已經(jīng)假定，一旦這些化合物進(jìn)入海洋，這種閃電產(chǎn)生的氮氧化物的供應(yīng)就相對(duì)穩(wěn)定了。

但是，在這項(xiàng)新研究中，他確定了兩個(gè)重要的“匯”，即可能破壞了很大一部分氮氧化物的效應(yīng)，尤其是在海洋中。他和他的同事仔細(xì)研究了科學(xué)文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)水中的一氧化氮可以通過(guò)與太陽(yáng)紫外線以及從原始海洋巖石中脫落的溶解鐵相互作用而分解。

蘭揚(yáng)說(shuō)，紫外線和溶解的鐵都可能破壞了海洋中很大一部分的氮氧化物，使這些化合物以氣態(tài)氮的形式返回大氣。

Ranjan說(shuō)：“我們證明，如果包括人們從未想過(guò)的這兩個(gè)新的水槽，相對(duì)于人們以前計(jì)算的結(jié)果，這將使海洋中的氮氧化物的濃度降低1000倍。”

“建造大教堂”

在海洋中，紫外線和溶解的鐵會(huì)使一氧化二氮的可利用性大大降低，無(wú)法用于合成生物。但是，在淺水池塘中，生命本來(lái)可以擁有更好的機(jī)會(huì)。這主要是因?yàn)槌靥恋南♂岓w積要小得多。結(jié)果，一氧化氮會(huì)在池塘中積累到更高的濃度。任何“水槽”，例如紫外線和溶解的鐵，對(duì)化合物的總濃度影響較小。

Ranjan說(shuō)，池塘越淺，一氧化二氮與其他分子(尤其是RNA)相互作用以催化第一活生物的機(jī)會(huì)就越大。

Ranjan說(shuō)：“這些池塘的深度可能在10到100厘米之間，表面積為幾十平方米或更大。” “它們就像今天的南極洲的唐Juan池塘(Don Juan Pond)一樣，夏季的夏季深度約為10厘米。”

這看似看似無(wú)足輕重，但他說(shuō)的正是這一點(diǎn)：在任何更深或更大的環(huán)境中，一氧化二氮都會(huì)被稀釋得太稀，從而排除了任何參與生命起源化學(xué)的因素。其他組織估計(jì)，大約在39億年前，就在地球上出現(xiàn)生命的最初跡象之前，全世界可能已有約500平方公里的淺水池和湖泊。

“與我們今天擁有的湖泊面積相比，這絕對(duì)是很小的，” Ranjan說(shuō)。“但是，相對(duì)于益生元化學(xué)家假設(shè)的表面積，要開(kāi)始生活，它就足夠了。”

關(guān)于生命是否起源于池塘還是海洋的爭(zhēng)論還沒(méi)有完全解決，但Ranjan說(shuō)，這項(xiàng)新研究為前者提供了令人信服的證據(jù)。

蘭揚(yáng)說(shuō)：“這門學(xué)科不像敲響多米諾骨牌，而更像是建造一座大教堂。” “沒(méi)有真正的'啊哈'時(shí)刻。這更像是耐心地一個(gè)接一個(gè)地進(jìn)行觀察，并且正在浮現(xiàn)的畫面是，總體上，許多益生元的合成途徑在化學(xué)上似乎比在海洋上更容易。”

該研究得到了西蒙斯基金會(huì)和麻省理工學(xué)院的部分支持。