寻找生命起源的新答案

莫诺湖

加州东部的莫诺湖没有流出的水,随着时间的推移,盐类就会堆积起来。这个富含碳酸盐的湖泊中的高盐可以长成柱子。信贷:马修·狄龙/ Flickr

生命可能来自高磷湖泊

我们知道生命需要磷。它是生命的六种主要化学元素之一,它构成了生命的主干脱氧核糖核酸核糖核酸分子,充当所有细胞中能量的主要货币,并将脂质与周围环境分开的脂质锚固。

但早期地球上的无生命环境是如何提供这种关键成分的呢?

“50年来,所谓的‘磷酸盐问题’一直困扰着生命起源的研究,”第一作者Jonathan Toner说华盛顿大学地球和空间科学研究助理教授。

问题是组成生物的化学反应需要大量的磷,但磷是稀缺的。华盛顿大学2019年12月30日发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上的一项新研究在某些类型的湖泊中找到了这个问题的答案。

湖Magadi

今年2007年照片显示了肯尼亚的马格尼湖,富含碳酸盐的湖泊,其床是由火山岩制成的。湖的咸水含有丰富的微生物,吸引了其他生命,包括这些火烈鸟和斑马。信用:击败Nygaard / Flickr

学习专注于富含碳酸盐的湖泊,在抑郁症中的干燥环境中形成漏斗从周围景观中排出的水。由于蒸发速度高,湖泊水浓缩成咸且碱性,或高pH,溶液。在所有七大洲都发现了这种湖泊,也称为碱性或苏打湖。

研究人员首先查看了现有的富含碳酸盐的湖泊中的磷含量,包括加利福尼亚州的莫诺湖、肯尼亚的马加迪湖和印度的朗纳尔湖。

虽然确切的浓度取决于样本采集的地点和季节,但研究人员发现,富含碳酸盐的湖泊中磷的含量是海水、河流和其他类型湖泊中磷含量的5万倍。如此高的浓度表明,在这些湖泊中存在着一些常见的、自然的机制来积累磷。

今天,这些富含碳酸盐的湖泊生物丰富,支持从微生物到马加迪湖著名的火烈鸟群的生命。这些生物影响着湖泊的化学。yabovip2021因此,研究人员在实验室里用瓶装的不同化学成分的富含碳酸盐的水做实验,以了解湖泊是如何积累磷的,以及在无生命的环境中,磷的浓度会有多高。

磷水平湖泊

彩色点显示在世界各地的不同碳酸盐湖水中测量的磷水平。富含碳酸盐的湖泊可含有高达50,000倍的海水中发现的磷酸盐水平,在不列颠哥伦比亚省的烹饪和最后一次机会湖泊系统(黄点)测量的最高水平。信用:碳粉等人/ PNA

这些水有高磷的原因是它们的碳酸含量。在大多数湖泊中,地球上更丰富的钙,与磷粘合以制备固体磷酸钙矿物质,生命无法进入。但在富含碳酸盐的水域中,碳酸盐脱位磷酸盐与钙结合,留下一些未附加的磷酸盐。实验室测试,不同浓度的组合成分表明钙与碳酸盐结合,并在水中自由地留下磷酸盐。

“这是一个直截了当的想法,这是它的吸引力,”墨尼斯说。“它以优雅和合理的方式解决了磷酸盐问题。”

磷酸盐水平甚至可能升高到海水中的百万次,当水域在干燥的季节蒸发,沿着海岸线或与湖主体分开的游泳池时。

“在这些湖泊和池塘极高的磷酸盐含量会驱动的放磷成RNA,蛋白质和脂肪的分子构建模块,所有这些都需要去生活去反应,”合着者大卫Catling,一说地球和空间科学教授。

早期地球上丰富的富含二氧化碳的空气,大约有40亿年前,这将是创造这样的湖泊并让他们达到最大水平的磷。富含碳酸盐的湖泊倾向于形成高二氧化碳的大气中。此外,二氧化碳溶解在水中以产生有效地从岩石中释放磷的条件。

“早期的地球是一个火山活跃的地方,所以你会有很多新鲜的火山岩与二氧化碳反应,并将碳酸盐和磷作为湖泊供应,”墨粉说。“早期地球可能举办了许多富含碳酸盐的湖泊,这将足够高的磷浓度来获得生命开始。”

另一个最近学习两位作者的研究表明,这些类型的湖泊也可以提供丰富的氰化物来支持


Amino acids are a set of organic compounds used to build proteins. There are about 500 naturally occurring known amino acids, though only 20 appear in the genetic code. Proteins consist of one or more chains of amino acids called polypeptides. The sequence of the amino acid chain causes the polypeptide to fold into a shape that is biologically active. The amino acid sequences of proteins are encoded in the genes. Nine proteinogenic amino acids are called "essential" for humans because they cannot be produced from other compounds by the human body and so must be taken in as food.
" class="glossaryLink ">氨基酸和核苷酸,蛋白质,DNA和RNA的构建块。在那之前,研究人员努力寻找一种具有足够氰化物的自然环境,以支持生命的起源。氰化物对人类有毒,但不是原始的微生物,对于那种易于制造生命块的化学品至关重要。yabovip2021

参考:

2019年12月30日,乔纳森·d·托纳和大卫·c·卡特林的《用富含碳酸盐的湖泊解决生命起源中的磷酸盐问题》国家科学院的诉讼程序
DOI:10.1073 / PNAS.1916109117

“集中富含富生元氰化物的碱性湖泊和生命起源”由J.D.Toner和D.C.Catling,2019年6月25日,地球化学与宇宙化学学报
DOI: 10.1016 / j.gca.2019.06.031

这项研究是由西蒙斯基金会生命起源合作项目资助的。