大約四十億年前，地球上生命的最初跡象以微生物的形式出現(xiàn)。雖然科學(xué)家們?nèi)栽诖_定這些微生物出現(xiàn)的確切時(shí)間和方式，但很明顯，生命的出現(xiàn)與早期地球的化學(xué)和物理特征錯(cuò)綜復(fù)雜地交織在一起。

“我們有理由懷疑，如果我們星球的早期化學(xué)特征不同，生命可能會(huì)以不同的方式開始 - 或者根本不開始，”羅切斯特大學(xué)地球與環(huán)境科學(xué)副教授達(dá)斯汀特雷說(shuō)。

但是數(shù)十億年前的地球是什么樣子的，哪些特征可能幫助生命形成?在發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的一篇論文中，Trail和科羅拉多大學(xué)博爾德分校的研究助理Thomas McCollom揭示了尋找答案的關(guān)鍵信息。這項(xiàng)研究不僅對(duì)發(fā)現(xiàn)生命的起源具有重要意義，而且對(duì)在其他星球上尋找生命也有重要意義。

“我們現(xiàn)在正處于一個(gè)激動(dòng)人心的時(shí)刻，人類正在其他行星和衛(wèi)星以及其他行星系統(tǒng)上尋找生命，”特雷爾說(shuō)。“但我們?nèi)匀徊恢郎侨绾伍_始的，甚至不知道生命是如何開始的，甚至是什么時(shí)候開始的。像我們這樣的研究有助于確定可能支持生命出現(xiàn)的特定條件和化學(xué)途徑，這項(xiàng)工作肯定會(huì)成為尋找地球以外生命的重要因素。

金屬在生命出現(xiàn)中的重要性

對(duì)生命及其起源的研究通常涉及各種學(xué)科，包括基因組學(xué)、基因及其功能的研究;蛋白質(zhì)組學(xué)，蛋白質(zhì)研究;以及一個(gè)名為金屬組學(xué)的新興領(lǐng)域，該領(lǐng)域探索金屬在執(zhí)行細(xì)胞功能中的重要作用。隨著生命的進(jìn)化，對(duì)某些金屬的需求發(fā)生了變化，但特雷爾和麥科洛姆想要確定數(shù)十億年前微生物首次出現(xiàn)時(shí)可能有哪些金屬可用。

“當(dāng)為不同的生命起源情景提出假設(shè)時(shí)，科學(xué)家們通常認(rèn)為所有金屬都是可用的，因?yàn)闆](méi)有研究在地球歷史的最早時(shí)期對(duì)流體的金屬濃度提供地質(zhì)上可靠的限制，”特雷爾說(shuō)。

為了解決這一缺點(diǎn)，Trail和McCollom研究了數(shù)十億年前巖石圈(包括地殼和上地幔在內(nèi)的地球外層)中流體的組成和特征。這些巖石圈流體是將巖石和礦物的溶解部分輸送到地球內(nèi)部和可能形成微生物生命的外部熱液池之間的關(guān)鍵途徑。雖然研究人員不能直接測(cè)量數(shù)十億年前存在的金屬，但通過(guò)確定流體的性質(zhì)，他們可以推斷出在地球上出現(xiàn)生命期間，哪些金屬 - 以及金屬的濃度 - 可能在地球內(nèi)部和外部之間運(yùn)輸。

十億年前礦物的線索

數(shù)十億年前的巖石和礦物通常是有關(guān)地球最早歷史的唯一直接信息來(lái)源。這是因?yàn)閹r石和礦物在形成時(shí)鎖定了有關(guān)地球成分的信息。

研究人員進(jìn)行了高壓高溫實(shí)驗(yàn)，并將這些結(jié)果應(yīng)用于早期地球鋯石，這是一種在西澳大利亞州收集的堅(jiān)固礦物，以確定數(shù)十億年前巖石圈流體的氧氣壓力，氯含量和溫度。然后，他們將這些信息輸入計(jì)算機(jī)模型。這些模型使他們能夠模擬巖石圈流體的性質(zhì)，進(jìn)而模擬哪些金屬可能穿過(guò)流體到達(dá)地球表面的熱液池。

了解生命的起源

研究人員對(duì)模型模擬所顯示的內(nèi)容感到驚訝。例如，許多生命起源研究人員認(rèn)為銅是化學(xué)中可能導(dǎo)致生命的成分。但Trail和McCollom沒(méi)有發(fā)現(xiàn)證據(jù)表明在他們的分析限制下銅會(huì)很豐富。

他們測(cè)試的一種可能具有高濃度的金屬是錳。雖然在生命起源的情景中很少考慮錳，但今天錳有助于身體形成骨骼，并協(xié)助酶分解碳水化合物和膽固醇。

“我們的研究表明，像錳這樣的金屬可能是'固體'地球和地球表面新興生物系統(tǒng)之間的重要聯(lián)系，”特雷爾說(shuō)。

特雷爾說(shuō)，這項(xiàng)研究將幫助研究生命起源的科學(xué)家在他們的實(shí)驗(yàn)和模型中輸入更具體的數(shù)據(jù)。

“根據(jù)這些信息設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)將更好地了解生命的起源。

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