对古代海水的再现揭示了哪些营养物质塑造了早期生命的进化 _生命

对古代海水的再现揭示了哪些营养物质塑造了早期生命的进化。信用:Pixabay/CC0公共领域
据牛津大学：科学家们对生命最初进化时海洋中的条件知之甚少，但发表在《自然地球科学》上的新研究揭示了地质过程如何控制哪些营养物质可用于促进它们的发展。
所有的生命都利用锌和铜等营养物质来形成蛋白质。最古老的生命形式进化于太古代，比恐龙首次出现还要早35亿年。与最近的同类相比，这些微生物表现出对钼和锰等金属的偏好。这种偏好被认为反映了当时海洋中金属的可获得性。
来自开普敦大学(UCT)和牛津大学的研究人员在实验室中重现了古代海水。他们发现绿柱石是太古代岩石中常见的一种矿物，它快速形成，并在此过程中去除锌、铜和钒。
当绿橄榄石在早期海洋中形成时，这些金属将从海水中去除，使海水富含其他金属，如锰、钼和镉。有趣的是，他们预测太古代海水中最丰富的金属与早期生命形式选择的金属相匹配，这解释了为什么它们在早期进化中受到青睐。
首席研究员Rosalie Tostevin博士(当时是牛津大学的研究人员，现在是UCT地质科学系的高级讲师)说:“当我们注意到我们的结果与使用完全不同方法的生物学家的预测相匹配时，我们非常兴奋。当其他领域的专家做出类似的发现时，这总是令人欣慰的。”
科学家们一致认为，太古代的海水与今天非常不同，含有更多的溶解铁和二氧化硅，几乎没有氧气。然而，关于海水化学的其他方面，如营养物的浓度，却鲜有一致意见。
“我们无法回到过去采集海水样本并进行分析，因此重建太古代的条件是一个相当大的挑战。一种方法是观察沉积岩的化学组成，但是非常古老的岩石的化学成分有时会被改变。相反，我们决定在实验室创造一个古代海水的微型版本，在那里我们可以直接观察发生了什么，”托斯提文说。
Tostevin和她的同事Imad Ahmed在一个特殊的无氧室内重建了太古代的海水，并观察了绿橄榄石开始形成的过程。随着矿物质的形成，他们观察到海水中金属浓度的剧烈变化。他们在钻石光源同步加速器上使用X射线吸收光谱来证明金属正在进入矿物。相比之下，其他金属不受这一过程的影响，并停留在海水中的高水平。
Tostevin说:“我们知道绿橄榄石在早期地球上很重要，因为我们一直在古老的岩石中发现它，例如南非北开普省的铁矿石，以及澳大利亚的类似岩石。我们认为这可能是太古代最重要的矿物之一。但是我们不知道绿橄榄石在自然界是如何形成的。一种可能性是绿橄榄石形成于海洋深处的热液喷口。但它也可能是在浅水中形成的，只要pH值有一点点变化。”
Tostevin和Ahmed决定在这两种条件下进行他们的实验，发现不管绿橄榄石如何形成，它都以相似的方式去除金属。
研究人员关心的一个问题是，这些金属是否会被锁定很长时间，或者在几个月或几年后被释放回海水中。为了测试这一点，他们加热矿物质，以模拟当它们被掩埋并经历结晶时在自然界中发生的情况。这些金属仍然被困在矿物中，这表明这是对早期海水产生深远影响的金属的永久下沉。