生命可能从磷含量高的湖泊中出现

时间:2019-12-31 20:11 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

生命可能从磷含量高的湖泊中出现

我们知道生命需要磷。它是生命的六种主要化学元素之一,它是DNA和RNA分子的骨架,是所有细胞中能量的主要流通货币,是将细胞与其周围环境分离的脂质。

但是早期地球上的无生命环境是如何提供这一关键要素的呢?

“50年来,所谓的‘磷酸盐问题’一直困扰着关于生命起源的研究,”第一作者、华盛顿大学地球与空间科学研究助理教授乔纳森·托纳(Jonathan Toner)说。

问题是,制造生物积木的化学反应需要大量的磷,但磷是稀缺的。华盛顿大学12月30日发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上的一项新研究发现,在某些类型的湖泊中可以找到这个问题的答案。

这项研究的重点是富含碳酸盐的湖泊,这些湖泊形成于洼地内的干燥环境中,这些洼地将周围景观中的水抽走。由于高蒸发率,湖水浓缩成盐和碱,或高ph值的溶液。这样的湖泊,也被称为碱性或苏打湖,在所有七大洲都有发现。

研究人员首先观察了现有富含碳酸盐的湖泊的磷含量,包括加利福尼亚的莫诺湖、肯尼亚的马加迪湖和印度的洛纳尔湖。

生命可能从磷含量高的湖泊中出现

虽然具体的浓度取决于样本的采集地点和季节,但研究人员发现,富含碳酸盐的湖泊的磷含量是海水、河流和其他类型湖泊的5万倍。如此高的磷浓度表明,这些湖泊中存在着某种常见的自然机制,可以积累磷。

今天,这些富含碳酸盐的湖泊生物丰富,支持着从微生物到玛加迪湖著名的火烈鸟群的各种生命。这些生物影响着湖泊的化学成分。因此,研究人员对装有不同化学成分的富含碳酸盐的水进行了实验室实验,以了解这些湖泊是如何积累磷的,以及在无生命的环境中磷的浓度可以达到多高。

这些水域磷含量高的原因是它们的碳酸盐含量。在大多数湖泊中,地球上含量丰富得多的钙与磷结合形成固态磷酸钙矿物质,而生命无法获得。但是在富含碳酸盐的水中,碳酸盐比磷酸盐更容易与钙结合,留下一些磷酸盐不附着。实验室对不同浓度成分的测试表明,钙与碳酸盐结合,使磷酸盐在水中自由存在。

“这是一个直截了当的想法,这正是它的吸引力所在,”托纳说。“它以一种优雅而合理的方式解决了磷酸盐问题。”

当湖水在旱季蒸发时,沿着海岸线,或在与湖泊主体分离的水池中,磷酸盐水平可能会上升到100万倍的海水水平。

生命可能从磷含量高的湖泊中出现

“这些湖泊和池塘中极高的磷酸盐水平可能会促使反应将磷放入RNA、蛋白质和脂肪的分子构建块中,所有这些都是维持生命所必需的,”论文合著者、华盛顿大学地球与空间科学教授大卫·卡特林(David Catling)说。

大约40亿年前,地球早期富含二氧化碳的空气是形成这些湖泊的理想场所,并使它们达到磷的最高水平。富含碳酸盐的湖泊往往形成于二氧化碳含量高的大气中。另外,二氧化碳溶于水,形成酸性环境,能有效地从岩石中释放磷。

托纳说:“早期的地球是一个火山活动频繁的地方,所以会有很多新的火山岩与二氧化碳反应,为湖泊提供碳酸盐和磷。”“早期的地球上可能有许多富含碳酸盐的湖泊,这些湖泊的磷浓度足以让生命开始。”

这两位作者最近的另一项研究表明,这些类型的湖泊还可以提供大量的氰化物,以支持氨基酸和核苷酸的形成,而氨基酸和核苷酸是蛋白质、DNA和RNA的组成部分。在此之前,研究人员一直在努力寻找一个含有足够氰化物的自然环境来支持生命起源。氰化物对人类来说是有毒的,但对原始的微生物来说却不是,而且对于那种很容易构成生命基石的化学物质来说是至关重要的。

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