新模型揭示了地球生命的起源
新模型揭示了地球生命的起源 Image attribution: Quartz-pebble metaconglomerate Jack Hills Quartzite, Archean, 2.65 to 3.05 Ga; Jack Hills, Western Australia 2 by James St. John is licensed under CC BY 2.0
神奇的地球uux.cn据美国物理学家组织网 by Lindsey Valich, University of Rochester：大约40亿年前，生命的最初迹象以微物种的形式出现在地球上。虽然科学家们仍在确定这些微物种出现的确切时间和方式，但很明显，生命的出现与早期地球的化学和物理特征错综复杂地交织在一起。
“有理由怀疑，如果我们星球的早期化学特征不同，生命可能会以不同的方式开始，或者根本不会开始，”罗切斯特大学地球和环境科学副教授达斯汀·特雷尔说。
但是几十亿年前的地球是什么样的，什么样的特征可能有助于生命的形成？在《科学》杂志上发表的一篇论文中，特雷尔和科罗拉多大学博尔德分校的副研究员托马斯·麦科洛姆揭示了寻找答案的关键信息。这项研究不仅对发现生命的起源，而且对寻找其他星球上的生命都有主要意义。
“我们现在正处于一个激动人心的时代，人类正在其他行星和卫星以及其他行宇宙岛统中寻找生命，”特雷尔说。“但是我们仍然不知道生命是怎么——甚至是什么时候——在我们自己的星球上开始的。像我们这样的研究有助于确定可能支持生命出现的特定条件和化学途径，这项工作肯定会在寻找我们星球以外的生命方面发挥主要作用。”
金属在生命出现中的主要性
对生命及其起源的研究通常涉及多种学科，包括基因组学，对基因及其功能的研究；蛋白质组学，对蛋白质的研究；以及一个名为金属组学的新兴领域，该领域探索金属在执行细胞功能中的主要作用。随着生命的进化，对某些金属的需求发生了变化，但Trail和McCollom想确定在数十亿年前微物种第一次出现时可能有哪些金属可用。
“当对不同的生命起源场景提出假设时，科学家们通常假设所有的金属都是可用的，因为没有研究为地球古代最早时期的流体金属浓度提供地质学上的有力约束，”特雷尔说。
为了解决这个缺点，Trail和McCollom研究了几十亿年前岩石圈 地球外层，包括地壳和上地幔中流体的组成和特征。这些岩石圈流体是在地球内部和微物种生命可能形成的外部热液池之间运输岩石和矿物溶解部分的关键途径。虽然研究人员无法直接测量数十亿年前存在的金属，但通过确定流体的属性，他们可以推断出在地球上出现生命时，哪些金属以及金属的浓度可能在地球内部和外部之间转移。
十亿年前的矿物中的线索
数十亿年前的岩石和矿物通常是了解地球早期古代的唯一直接来源。这是因为岩石和矿物在形成时就锁定了地球的组成信息。
研究人员进行了高压高温实验，并将这些结果应用于早期地球锆石，一种在西澳大利亚收集的坚固类型的矿物，以确定数十亿年前岩石圈流体的氧压、氯含量和温度。然后他们将这些信息输入计算机模型。这些模型使他们能够模拟岩石圈流体的特性，进而模拟哪些金属可能通过流体到达地球表面的热液池。
理解生命是怎么起源的
研究人员对模型模拟显示的结果感到惊讶。例如，许多生命起源研究人员认为铜是可能导致生命的化学成分。但是Trail和McCollom在他们的分析中没有发现证据表明铜在限制条件下会很丰富。
他们测试的一种高浓度金属是锰。虽然在生命起源的场景中很少被考虑，但今天锰帮助身体形成骨骼，并协助酶分解碳水化合物和胆固醇。
“我们的研究表明，像锰这样的金属可能是‘固体’地球和地球表面新兴物种系统之间的主要联系，”特雷尔说。
