新研究证实，温泉中的矿物质对地球早期生命起到了关键的化学反应

Josiah02 · 发表于 2024-12-2 22:34:53

最大的科学谜团之一是地球生命的起源。
研究通常集中于深海热液喷口的作用——这些耸立在海底的结构不断喷出有机和无机物质的混合物。这些热液柱中含有一种叫做硫化铁的矿物质，科学家认为这些矿物质可能有助于引发创造生命的早期化学反应。
如今，温泉中也含有同样的矿物质，例如美国黄石国家公园的大稜镜温泉。温泉是地表下火山活动加热的地下水体。
我们的新研究为数量虽少但不断增加的证据提供了新的证据，表明这些温泉的古代版本可能在地球生命的出现过程中发挥了关键作用。这有助于弥合关于生命可能起源于何处的相互竞争的假设之间的差距。
地球化学到生物学
碳固定是生物体将空气中和溶解在水中的二氧化碳转化为有机分子的过程。
许多生命形式，包括植物、细菌和被称为古细菌的微生物，都有不同的途径实现这一目标。光合作用就是一个例子。
每条途径都含有一系列酶和蛋白质，其中一些含有由铁和硫构成的核心。
我们可以在各种生命形式中找到含有这些铁硫簇的蛋白质。事实上，研究人员认为它们可以追溯到最后的共同祖先——一种古老的祖先细胞，科学家认为我们所知的生命就是从这种细胞进化和多样化而来的。
硫化铁是溶解的铁与硫化氢（使温泉闻起来像臭鸡蛋的火山气体）发生反应时形成的矿物。
如果仔细观察这些硫化铁的结构，你会发现其中一些看起来与铁硫簇极为相似。
铁硫化物和碳固定之间的联系使得一些研究人员提出这些矿物在早期地球地球化学到生物学的转变中发挥了至关重要的作用。
我们新发表的研究通过研究与深海喷口具有相似地球化学性质的古代陆地温泉中硫化铁的化学活性，扩展了这一知识。
我们定制了一个小室，可以让我们模拟早期地球的温泉环境。
然后，我们将合成的硫化铁样品散布到室内。有些是纯的。有些则添加了温泉中常见的其他金属。这些样品上方的灯模拟了早期地球表面的阳光。不同的灯用于模拟不同紫外线辐射量的照明。
二氧化碳和氢气不断被泵入腔内。这些气体已被证明对深海喷口实验中的碳固定非常重要。
我们发现，所有合成的硫化铁样品都能不同程度地产生碳固定产物甲醇。这些结果表明，硫化铁不仅可以促进深海热液喷口的碳固定，还可以促进陆地温泉的碳固定。
在可见光照射和温度升高的情况下，甲醇的产量也会增加。
不同温度、光照和水蒸气含量的实验表明，硫化铁可能促进了早期地球陆地温泉中的碳固定。
一条古老的小路
进一步的实验和理论计算表明，甲醇的生产是通过一种称为逆水煤气变换的机制进行的。
我们在一些细菌和古细菌将二氧化碳转化为食物的途径中看到了类似的反应。这条途径被称为“乙酰辅酶 A”或“伍德-朗达尔”途径。它被认为是生命早期出现的最早的碳固定形式。
这两个过程的相似性很有趣，因为前者发生在陆地上，在温泉的边缘，而后者发生在细胞内的潮湿环境中。
我们的研究表明，在早期地球的温泉中可以发现各种条件下的甲醇生成。
我们的研究结果扩大了硫化铁促进碳固定的条件范围。研究显示，碳固定既可以在深海发生，也可以在陆地上发生——尽管机制不同。
因此，我们相信这些结果支持当前的科学共识，即铁硫簇和乙酰辅酶 A 途径是古老的，并且可能在生命的出现过程中发挥了重要作用——无论它是发生在陆地还是在海底。

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