麻省理工學(xué)院的一項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)，原始池塘可能為醞釀地球的第一種生命形式提供了合適的環(huán)境，而不是海洋。

研究人員報(bào)告說，大約10厘米深的淺水體可能擁有高濃度的許多科學(xué)家認(rèn)為是地球上起始生命的關(guān)鍵因素：氮。

在淺水池中，氮?dú)庖院趸锏男问酱嬖冢苡锌赡芊e聚足以與其他化合物反應(yīng)并產(chǎn)生第一批生物。研究人員表示，在更深的海洋中，氮會更難以建立顯著的，生命催化的存在。

“我們的總體信息是，如果你認(rèn)為生命的起源需要固定氮，就像許多人一樣，那么生命的起源很難發(fā)生在海洋中，”主要作者Sukrit Ranjan說，麻省理工學(xué)院地球系的博士后，大氣和行星科學(xué)(EAPS)。“在池塘中發(fā)生這種情況要容易得多。”

Ranjan和他的同事今天在地球化學(xué)，地球物理學(xué)，地球系統(tǒng)雜志上發(fā)表了他們的研究結(jié)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(xué)的Zoe Todd和Dimitar Sasselov以及劍橋大學(xué)的Paul Rimmer。

打破債券

如果原始生命的確是從涉及氮的關(guān)鍵反應(yīng)中產(chǎn)生的，那么科學(xué)家們認(rèn)為這種情況有兩種可能發(fā)生。第一個(gè)假設(shè)涉及深海，其中含氮氧化物形式的氮可能與從熱液噴口中冒出的二氧化碳反應(yīng)，形成生命的第一個(gè)分子構(gòu)建塊。

關(guān)于生命起源的第二個(gè)基于氮的假設(shè)涉及RNA-核糖核酸，這種分子今天有助于編碼我們的遺傳信息。在其原始形式中，RNA可能是自由漂浮的分子。一些科學(xué)家認(rèn)為，當(dāng)與氮氧化物接觸時(shí)，RNA可能已被化學(xué)誘導(dǎo)形成生命的第一個(gè)分子鏈。這種RNA形成過程可能發(fā)生在海洋或淺水湖泊和池塘中。

氮氧化物可能沉積在水體中，包括海洋和池塘，作為地球大氣中氮的分解的殘余物。大氣氮由兩個(gè)氮分子組成，通過一個(gè)強(qiáng)大的三重鍵連接起來，只能通過一個(gè)極其活躍的事件 - 即閃電 - 來破壞。

“閃電就像一個(gè)真正強(qiáng)烈的炸彈爆炸，”Ranjan說。“它產(chǎn)生足夠的能量，打破了我們大氣氮?dú)庵械娜劓I，產(chǎn)生含氮氧化物，然后下降到水體中。”

科學(xué)家認(rèn)為，在早期大氣層中可能存在足夠的閃電噼啪聲，產(chǎn)生大量的含氮氧化物，為海洋中的生命起源提供動(dòng)力。Ranjan說科學(xué)家們認(rèn)為，一旦化合物進(jìn)入海洋，這種閃電產(chǎn)生的含氮氧化物的供應(yīng)相對穩(wěn)定。

然而，在這項(xiàng)新的研究中，他發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)重要的“匯”或可能破壞了大部分氮氧化物的影響，特別是在海洋中。他和他的同事們查看了科學(xué)文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)水中的含氮氧化物可以通過與太陽紫外線的相互作用而分解，也可以通過與原始海洋巖石脫落的溶解鐵來分解。

Ranjan說，紫外線和溶解的鐵都可以摧毀海洋中大部分氮氧化物，將化合物作為氣態(tài)氮返回大氣。

Ranjan說：“我們發(fā)現(xiàn)，如果你包括人們以前沒有考慮過的這兩個(gè)新的水槽，那么海洋中含氮氧化物的濃度相對于人們之前的計(jì)算值會減少1000倍。”

“建造一座大教堂”

在海洋中，紫外線和溶解的鐵會使氮氧化物更難以合成生物。然而，在淺水池中，生命將有更好的機(jī)會占據(jù)上風(fēng)。這主要是因?yàn)槌靥恋幕衔锵♂尦潭纫〉枚?。結(jié)果，含氮氧化物會在池塘中形成更高的濃度。任何“下沉”，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，含氮氧化物與其他分子，特別是RNA相互作用的機(jī)會就越大，催化第一批生物。

“這些池塘的深度可能在10到100厘米之間，表面積可達(dá)數(shù)十平方米或更大，”Ranjan說。“它們今天與南極洲的唐璜池相似，夏季季節(jié)深度約為10厘米。”

這可能看起來不是一個(gè)重要的水體，但他說這正是重點(diǎn)：在任何更深或更大的環(huán)境中，含氮氧化物只會過于稀釋，從而無法參與生命起源化學(xué)。其他團(tuán)體估計(jì)，大約39億年前，就在地球上出現(xiàn)第一批生命跡象之前，世界上可能有大約500平方公里的淺水池塘和湖泊。

“與我們今天所擁有的湖泊面積相比，這是非常小的，”Ranjan說。“然而，相對于益生元化學(xué)家所假設(shè)的表面積的數(shù)量，需要開始生命，這是非常充足的。”

關(guān)于生命起源于池塘與海洋的爭論還沒有得到很好的解決，但Ranjan說這項(xiàng)新研究為前者提供了一個(gè)令人信服的證據(jù)。

“這個(gè)學(xué)科不像敲打一排多米諾骨牌，更像是建造一座大教堂，”Ranjan說道。“沒有真正的'aha'時(shí)刻。它更像是耐心地建立一個(gè)接一個(gè)的觀察，并且正在出現(xiàn)的圖片總體而言，許多益生元合成途徑在池塘中似乎比海洋化學(xué)更容易。”

這項(xiàng)研究部分得到了西蒙斯基金會和麻省理工學(xué)院的支持。