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这些发现可能会改变科学家们对生命起源环境的看法。
来自剑桥大学和开普敦大学的研究人员可能已经找到了解决磷是如何成为地球上生命的重要组成部分的谜题的方法，他们在实验室里重现了含有磷的史前海水。
他们发表在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上的研究结果表明，海水可能是磷酸盐的缺失来源，表明在不需要特殊环境条件的情况下，海水可能存在足够的数量来支持生命。
剑桥大学的尼克·托斯卡教授是这项研究的作者之一，他说:“这可能真的会改变我们对生命最初起源环境的看法。”
这项由剑桥大学博士生马修·布雷迪领导的研究揭示，如果海水中含有大量铁元素，早期海水中携带的磷酸盐可能比之前认为的多1000至10000倍。
磷酸盐是构成生命的DNA和RNA的关键成分，尽管相对于其生物学意义而言，它是宇宙中最不常见的元素之一。磷酸盐的矿物形式也相对难以获得——它很难溶解在水中，以供生命利用。长期以来，科学家们一直怀疑磷在很早以前就成为生物的一部分，但直到最近，他们才开始认识到磷在指导地球上生命所需分子合成方面的作用。“实验表明，它使惊人的事情发生了——如果溶液中有大量的磷酸盐，化学家就可以合成关键的生物分子，”剑桥大学地球科学系矿物学和岩石学教授托斯卡说。然而，对于产生磷酸盐所需的确切环境一直存在争议。根据一些研究，当铁充足的时候，磷实际上应该更不容易被生命获取。然而，这是有争议的，因为早期的地球大气是缺氧的，铁应该是广泛存在的。他们使用地球化学建模来模拟早期地球的条件，以了解生命是如何依赖于磷酸盐的，以及这种元素会在什么样的环境中进化。
布雷迪说:“看到瓶子里的简单实验可以推翻我们对早期地球环境的看法，这是令人兴奋的。”在实验室里，他们用被认为存在于地球早期历史的相同化学物质合成了海水。他们还在缺氧的大气中进行了实验，就像古代地球一样。研究小组的结果表明，海水本身可能是这种基本元素的主要来源。“这并不一定意味着地球上的生命是从海水中开始的，”托斯卡说，“它为海水如何向不同的环境提供磷酸盐提供了很多可能性——例如，在湖泊、泻湖或海岸线上，海水的浪花可能将磷酸盐带到陆地上。”
此前，科学家们提出了一系列产生磷酸盐的方法，其中一些理论涉及特殊环境，如酸性火山泉或碱性湖泊，以及仅在陨石中发现的稀有矿物。
在他们的实验中，研究人员向一系列合成海水样品中添加了不同数量的铁，并测试了在形成晶体和矿物从液体中分离之前，它能容纳多少磷。然后，他们将这些数据点构建成一个模型，可以预测古代海水可以容纳多少磷酸盐。
波罗的海孔隙水提供了一组现代样本，他们用来测试他们的模型。“我们可以完美地重现这种不寻常的水化学，”托斯卡说。从那里开始，他们继续探索任何生物出现之前海水的化学成分。这一结果也对试图了解地球以外生命可能性的科学家产生了影响。托斯卡说:“如果铁有助于在溶液中放入更多的磷酸盐，那么这可能与早期火星有关。古代火星上存在水的证据非常丰富，包括古老的河床和洪水沉积物。我们还知道火星表面有大量的铁，有时大气缺氧。”他们模拟了地表水通过火星表面岩石的过程，结果表明富含铁的水可能也在这种环境中提供了磷酸盐。
布雷迪说:“看到这个社区如何利用我们的结果来探索地球上和更远地方生命进化的新的、可选的途径，将是一件很有趣的事情。”
参考文献: Marine phosphate availability and the chemical origins of life on Earth
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