加拿大的一个浅水湖可能揭示地球生命的起源

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加拿大的吉斯湖是一个苏打湖，可能代表着达尔文的“温暖的小池塘”，地球生命的起源（图片来源:金伯利·波比·辛克莱/华盛顿大学）

（）据美国太空网（罗伯特·李）：科学家们发现了一个湖泊，它可能很适合达尔文的“温暖的小池塘”，那里是生命在原始地球上开始的地方。

华盛顿大学的一组科学家在加拿大西部发现了一个浅“苏打湖”，该湖似乎具有一小块水体促进复杂分子自发合成所需的化学物质和条件，这些分子导致了大约40亿年前地球上出现生命。

像这项研究中关注的苏打湖是含有高水平溶解碳酸盐和钠的小水体，类似于向其中倾倒大量小苏打。然而，在这种情况下，高含量的溶解钠和碳酸盐是由水和火山岩之间的反应引起的。

这些发现可能有助于解决解释地球生命如何出现的长期问题，也可能适用于太阳系的其他行星，如火星和金星。

自20世纪50年代以来，研究人员已经能够从无机分子中合成氨基酸和RNA等生物分子，但这一过程的下一步还有一个长期存在的问题。生命的关键分子RNA和DNA以及活细胞膜都需要磷元素的天然分子骨架，即所谓的磷酸盐。

在实验室中形成生物分子所需的磷酸盐浓度比通常在河流、湖泊或海洋中发现的浓度高出100万倍。这在地球生命出现的理论中被称为“磷酸盐问题”，这项新研究表明苏打湖可能是解决方案。

“我认为这些苏打湖为磷酸盐问题提供了答案，”研究资深作者、华盛顿大学地球和空间科学教授大卫·卡特林在一份声明中说。“我们的答案是充满希望的:这种环境应该发生在早期地球上，很可能也发生在其他行星上，因为这只是行星表面形成方式和水化学工作方式的自然结果。”

为什么苏打湖是生命的潜在摇篮

除了高含量的溶解碳酸盐和钠外，苏打湖还含有大量磷酸盐。2019年的一项研究显示，这些小水体中这些分子的浓度可能比典型水体中的浓度高出100万倍。这意味着苏打湖可能是生命关键分子出现的理想场所。

为了测试这一点，华盛顿大学开始研究这样一个苏打湖，它位于加拿大不列颠哥伦比亚省卡里布高原一条土路尽头的一个1英尺深（30厘米）的浑浊湖泊“最后机会湖”。这个特殊的苏打湖在20世纪90年代被确定为已知磷酸盐含量最高的湖泊。



从最后一次机会湖中回收的盐壳底部有绿藻和黑色沉积物。（图片来源:大卫·卡特林/华盛顿大学）

Last Chance湖不仅底部有火山玄武岩，而且还经历了干燥、多风的气候，使水位保持在较低水平，溶解的化合物通过快速蒸发引入的水而浓缩。

这项新研究背后的科学家在2021年至2022年期间三次访问了该湖，包括夏季和冬季结冰时。

“你有这个看似干燥的盐滩，但也有角落和缝隙。研究小组成员、华盛顿大学博士后研究员塞巴斯蒂安·哈斯说:“在盐和沉积物之间，有一小块水中溶解的磷酸盐含量很高。”“我们想了解的是，为什么以及何时会在古老的地球上发生这种情况，以便为生命的起源提供摇篮。”

在检查了在Last Chance湖发现的水、湖泊沉积物和盐壳样本以了解该湖的化学成分后，研究小组发现钙与大量碳酸盐和镁结合形成了白云石。

这与其他湖泊的情况不同，在其他湖泊中，磷酸盐通常与钙结合生成磷酸钙，磷酸钙构成了我们牙齿上的牙釉质，并且不可溶解，从而消耗了磷酸盐水平。

由于钙被锁在最后一次机会湖的白云石中，因此有大量剩余的游离磷酸盐；如果这些条件在大约40亿年前的水池中被发现，这将使生命化学起源的关键成分以必要的高浓度存在。

研究小组不仅发现最后的机会湖表明苏打湖是地球上生命可能起源的地点的强有力候选人，而且他们预计这些湖泊的条件在太阳系其他天体以及太阳系外的行星、太阳系外行星或系外行星中是常见的。

哈斯说:“我们研究了一个在整个太阳系中应该很常见的自然环境。“火山岩在行星表面普遍存在，因此如果液态水存在的话，这种相同的水化学可能不仅发生在早期地球上，也可能发生在早期火星和早期金星上。”

“这些新发现将有助于为生命起源研究人员提供信息，他们要么在实验室复制这些反应，要么在其他星球上寻找潜在的宜居环境，“卡特林总结道。

该团队的研究发表在《自然·通讯·地球与环境》杂志上。