來自劍橋大學(xué)和開普敦大學(xué)的研究人員通過在實(shí)驗(yàn)室中重新創(chuàng)造含有磷元素的史前海水，可能已經(jīng)找到了解決磷如何成為地球上生命的重要組成部分這一謎題的方法。他們的研究結(jié)果發(fā)表在《自然通訊》雜志上，表明海水可能是缺失的磷酸鹽來源，這表明它可能已經(jīng)以足夠的數(shù)量存在，無需特定的環(huán)境條件就能支持生命。

劍橋大學(xué)的Nick Tosca 教授是這項(xiàng)研究的作者之一，他說：“這可能真正改變我們對生命最初起源的環(huán)境的看法。”

這項(xiàng)由劍橋大學(xué)博士生Matthew Brady主持的研究顯示，早期海水中的磷酸鹽含量可能比以前認(rèn)為的多1000-10000倍，前提是水中含有大量的鐵。

磷酸鹽是DNA和RNA的重要組成部分，而DNA和RNA是生命的組成部分，盡管相對于其生物學(xué)意義而言，它是宇宙中最不常見的元素之一。磷酸鹽以其礦物形式也是相對不可獲取的--它可能難以溶解于水，以便生命能夠利用它。

科學(xué)家們很早就懷疑磷成為生物學(xué)的一部分，但他們只是在最近才開始認(rèn)識(shí)到磷酸鹽在指導(dǎo)地球上生命所需分子的合成方面的作用。“實(shí)驗(yàn)表明它能使驚人的事情發(fā)生--如果溶液中有大量的磷酸鹽，化學(xué)家可以合成關(guān)鍵的生物分子，”劍橋大學(xué)地球科學(xué)系礦物學(xué)與巖石學(xué)教授Tosca說。

然而，對于創(chuàng)造磷酸鹽所需的確切環(huán)境一直存在爭議。根據(jù)一些研究，當(dāng)鐵豐富的時(shí)候，磷酸鹽實(shí)際上應(yīng)該更不容易被生命獲取。然而，這一點(diǎn)是有爭議的，因?yàn)樵缙诘厍虻拇髿鈱邮秦氀醯模F會(huì)普遍存在。

他們使用地球化學(xué)模型來模擬早期地球的條件，以了解生命如何依賴磷酸鹽以及這種元素會(huì)在什么樣的環(huán)境中進(jìn)化。

Brady說：“看到瓶子里的簡單實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蝾嵏参覀儗υ缙诘厍蛏洗嬖诘臈l件的思考，這很令人興奮。”

在實(shí)驗(yàn)室里，他們用被認(rèn)為存在于地球早期歷史中的相同的化學(xué)成分制造了海水。他們還在一個(gè)缺氧的大氣中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，就像在古代地球上一樣。

該小組的結(jié)果表明，海水本身可能是這種基本元素的主要來源。Tosca說：“這并不一定意味著地球上的生命始于海水，它為海水如何向不同的環(huán)境提供磷酸鹽提供了很多可能性--例如，湖泊、瀉湖或海岸線，在那里，海霧可能將磷酸鹽帶到陸地上。”

此前，科學(xué)家們提出了一系列產(chǎn)生磷酸鹽的方法，一些理論涉及特殊環(huán)境，如酸性火山泉或堿性湖泊，以及僅在隕石中發(fā)現(xiàn)的稀有礦物。

Tosca表示：“我們有一種預(yù)感，鐵是磷酸鹽溶解度的關(guān)鍵，但就是沒有足夠的數(shù)據(jù)。該團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)想法來自于他們對沐浴在現(xiàn)代波羅的海沉積物中的水域的觀察。它是不尋常的，因?yàn)樗牧姿猁}和鐵的含量都很高--我們開始想知道這些特殊的水有什么不同。”

在他們的實(shí)驗(yàn)中，研究人員在一系列的合成海水樣本中加入了不同數(shù)量的鐵，并測試了在晶體形成和礦物從液體中分離之前它能容納多少磷。然后他們將這些數(shù)據(jù)點(diǎn)建立在一個(gè)模型中，可以預(yù)測古代海水可以容納多少磷。

波羅的海孔隙水提供了一組現(xiàn)代樣本，他們用這些樣本來測試他們的模型。“我們可以完美地重現(xiàn)那種不尋常的水化學(xué)特性，”Tosca說。從那里，他們繼續(xù)探索在任何生物出現(xiàn)之前的海水化學(xué)。

該結(jié)果也對試圖了解地球以外生命的可能性的科學(xué)家有影響。Tosca說：“如果鐵有助于將更多的磷酸鹽放入溶液中，那么這可能與早期火星有關(guān)。”

Tosca稱，古代火星上有大量水的證據(jù)，包括古老的河床和洪水沉積物，而且我們還知道表面有大量的鐵，大氣層有時(shí)也是貧氧的。他們對地表水過濾火星表面巖石的模擬表明，富含鐵的水在這種環(huán)境中也可能提供磷酸鹽。

Brady說：“看到社區(qū)如何利用我們的成果來探索我們星球上和其他地方的生命進(jìn)化的新的替代途徑，這將是非常迷人的。”