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

麻省理工學院的一項新研究發(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。

研究人員報告說，大約10厘米深的淺層水體中可能含有高濃度的氮，而許多科學家認為這是啟動地球生命的關鍵成分。

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

“我們的總體信息是，如果您像許多人一樣認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，麻省理工學院地球系博士后蘇克利特·蘭揚(Sukrit Ranjan)說。 ，大氣和行星科學(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，地球物理學，地球系統(tǒng)》雜志上發(fā)表了他們的研究結果。該論文的共同作者是EAPS海洋利用的Doherty助理教授Andrew Babbin，以及哈佛大學的Zoe Todd和Dimitar Sasselov以及劍橋大學的Paul Rimmer。

打破紐帶

如果原始生命確實確實是由涉及氮的關鍵反應引起的，那么科學家認為可以通過兩種方式發(fā)生這種情況。第一個假設涉及深海，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，形成了生命的第一個分子構件。

關于生命起源的第二個基于氮的假說涉及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。一些科學家認為，當與一氧化二氮接觸時，RNA可能已被化學誘導形成生命的第一條分子鏈。RNA的形成過程可能發(fā)生在海洋中或淺湖和池塘中。

氮氧化物可能會沉積在包括海洋和池塘在內的水體中，作為地球大氣中氮分解的殘余物。大氣中的氮由兩個氮分子組成，它們通過一個牢固的三鍵連接，只能被一個極高能的事件(即閃電)破壞。

蘭揚說：“閃電就像一顆非常強烈的炸彈在爆炸。” “它產(chǎn)生的能量足以破壞我們大氣氮氣中的三鍵，從而產(chǎn)生一氧化二氮，然后這些氧化氮會下雨而進入水體。”

科學家認為，在早期的大氣層中可能會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力。蘭揚說，科學家們已經(jīng)假定，一旦這些化合物進入海洋，這種閃電產(chǎn)生的氮氧化物的供應就相對穩(wěn)定了。

但是，在這項新研究中，他確定了兩個重要的“匯”，即可能破壞了很大一部分氮氧化物的效應，尤其是在海洋中。他和他的同事仔細研究了科學文獻，發(fā)現(xiàn)水中的一氧化氮可以通過與太陽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。

蘭揚說，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：“我們證明，如果包括人們從未想過的這兩個新的水槽，相對于人們以前計算的結果，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使一氧化二氮的可利用性大大降低，無法用于合成生物。但是，在淺水池塘中，生命本來可以擁有更好的機會。這主要是因為池塘的稀釋體積要小得多。結果，一氧化氮會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，對化合物的總濃度影響較小。

Ranjan說，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會就越大。

Ranjan說：“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。”

這看似看似無足輕重，但他說的正是這一點：在任何更深或更大的環(huán)境中，一氧化二氮都會被稀釋得太稀，從而排除了任何參與生命起源化學的因素。其他組織估計，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，這絕對是很小的，” Ranjan說。“但是，相對于益生元化學家假設的表面積，要開始生活，它就足夠了。”

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

蘭揚說：“這門學科不像敲響多米諾骨牌，而更像是建造一座大教堂。” “沒有真正的'啊哈'時刻。這更像是耐心地一個接一個地進行觀察，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上似乎比在海洋上更容易。”

該研究得到了西蒙斯基金會和麻省理工學院的部分支持。