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原始池塘可能提供了比地球更适合塑造地球第一生命形式的环境

2019-10-21 10:51:45 来源:

麻省理工学院的一项新研究发现,原始池塘可能提供了比地球更适合塑造地球第一生命形式的环境。

研究人员报告说,大约10厘米深的浅层水体中可能含有高浓度的氮,而许多科学家认为这是启动地球生命的关键成分。

在浅水池塘中,以一氧化二氮形式存在的氮很可能会积累到足以与其他化合物反应并产生第一生物的机会。研究人员说,在更深的海洋中,氮将很难建立显着的,促进生命的存在。

“我们的总体信息是,如果您像许多人一样认为生命起源需要固定的氮,那么很难让生命起源于海洋,”主要作者,麻省理工学院地球系博士后苏克利特·兰扬(Sukrit Ranjan)说。 ,大气和行星科学(EAPS)。“在池塘里发生这种事情要容易得多。”

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。

打破纽带

如果原始生命确实确实是由涉及氮的关键反应引起的,那么科学家认为可以通过两种方式发生这种情况。第一个假设涉及深海,其中一氧化二氮形式的氮可能与从热液喷口冒出的二氧化碳反应,形成了生命的第一个分子构件。

关于生命起源的第二个基于氮的假说涉及RNA-核糖核酸,这种分子如今可以帮助编码我们的遗传信息。以其原始形式,RNA可能是自由漂浮的分子。一些科学家认为,当与一氧化二氮接触时,RNA可能已被化学诱导形成生命的第一条分子链。RNA的形成过程可能发生在海洋中或浅湖和池塘中。

氮氧化物可能会沉积在包括海洋和池塘在内的水体中,作为地球大气中氮分解的残余物。大气中的氮由两个氮分子组成,它们通过一个牢固的三键连接,只能被一个极高能的事件(即闪电)破坏。

兰扬说:“闪电就像一颗非常强烈的炸弹在爆炸。” “它产生的能量足以破坏我们大气氮气中的三键,从而产生一氧化二氮,然后这些氧化氮会下雨而进入水体。”

科学家认为,在早期的大气层中可能会有足够的雷声劈啪作响,以产生大量的一氧化二氮,为海洋的生命起源提供动力。兰扬说,科学家们已经假定,一旦这些化合物进入海洋,这种闪电产生的氮氧化物的供应就相对稳定了。

但是,在这项新研究中,他确定了两个重要的“汇”,即可能破坏了很大一部分氮氧化物的效应,尤其是在海洋中。他和他的同事仔细研究了科学文献,发现水中的一氧化氮可以通过与太阳紫外线以及从原始海洋岩石中脱落的溶解铁相互作用而分解。

兰扬说,紫外线和溶解的铁都可能破坏了海洋中很大一部分的氮氧化物,使这些化合物以气态氮的形式返回大气。

Ranjan说:“我们证明,如果包括人们从未想过的这两个新的水槽,相对于人们以前计算的结果,这将使海洋中的氮氧化物的浓度降低1000倍。”

“建造大教堂”

在海洋中,紫外线和溶解的铁会使一氧化二氮的可利用性大大降低,无法用于合成生物。但是,在浅水池塘中,生命本来可以拥有更好的机会。这主要是因为池塘的稀释体积要小得多。结果,一氧化氮会在池塘中积累到更高的浓度。任何“水槽”,例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,一氧化二氮与其他分子(尤其是RNA)相互作用以催化第一活生物的机会就越大。

Ranjan说:“这些池塘的深度可能在10到100厘米之间,表面积为几十平方米或更大。” “它们就像今天的南极洲的唐Juan池塘(Don Juan Pond)一样,夏季的夏季深度约为10厘米。”

这看似看似无足轻重,但他说的正是这一点:在任何更深或更大的环境中,一氧化二氮都会被稀释得太稀,从而排除了任何参与生命起源化学的因素。其他组织估计,大约在39亿年前,就在地球上出现生命的最初迹象之前,全世界可能已有约500平方公里的浅水池和湖泊。

“与我们今天拥有的湖泊面积相比,这绝对是很小的,” Ranjan说。“但是,相对于益生元化学家假设的表面积,要开始生活,它就足够了。”

关于生命是否起源于池塘还是海洋的争论还没有完全解决,但Ranjan说,这项新研究为前者提供了令人信服的证据。

兰扬说:“这门学科不像敲响多米诺骨牌,而更像是建造一座大教堂。” “没有真正的'啊哈'时刻。这更像是耐心地一个接一个地进行观察,并且正在浮现的画面是,总体上,许多益生元的合成途径在化学上似乎比在海洋上更容易。”

该研究得到了西蒙斯基金会和麻省理工学院的部分支持。

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