地球早期的微生物就依靠砷維持生命！
小楊 / 2020-09-23 09:29:03
百歐博偉生物：今天，地球上的許多生命都依賴于氧氣的存在，但是在我們的藍(lán)色星球上存在氧氣之前，生命形式很可能會使用砷。這些發(fā)現(xiàn)在今天發(fā)表在《通信地球與環(huán)境》上的研究中有詳細(xì)介紹。
氧氣循環(huán)的關(guān)鍵組成部分是植物和某些類型的細(xì)菌實(shí)質(zhì)上吸收陽光，水和CO2并將其轉(zhuǎn)化為碳水化合物和氧氣，然后被循環(huán)并由其他呼吸氧氣的生物利用。這種氧氣充當(dāng)電子的載體，在通過新陳代謝過程提供動力時(shí)獲得和提供電子。不過，這項(xiàng)研究的主要作者，康寧大學(xué)海洋科學(xué)教授說，在地球上存在生命的時(shí)間中，有一半時(shí)間沒有氧氣存在，并且在最初的15億年中，我們真的不知道這些系統(tǒng)是如何工作的。地球科學(xué)彼得·維舍爾。
維斯徹說，在化石記錄中，光驅(qū)動的光合生物是層狀碳酸鹽巖，稱為疊層石，可追溯到大約37億年前。微生物生態(tài)系統(tǒng)將千層石墊沉積在其上，每一層都具有當(dāng)時(shí)生命的線索。在現(xiàn)代的例子中，微生物在無氧條件下利用多種元素進(jìn)行光合作用來完成該過程，但目前尚不清楚這種現(xiàn)象在最早的生命形式中是如何發(fā)生的。
關(guān)于生命過程在沒有氧氣的情況下如何起作用的理論主要依賴于氫，硫或鐵作為元素，這些元素可將電子運(yùn)送到周圍以滿足生物的代謝需求。
正如Visscher解釋的那樣，這些理論是有爭議的。例如，鐵是可以進(jìn)行光合作用的，但是研究人員在大約24億年前氧氣出現(xiàn)之前的化石記錄中找不到證據(jù)。提到了氫，但是不同微生物之間對氫的能量和競爭表明它是高度不可行的。
砷是另一種理論可能性，有關(guān)證據(jù)于2008年發(fā)現(xiàn)。Visscher說，與砷的聯(lián)系在2014年得到加強(qiáng)，當(dāng)時(shí)他和他的同事在很長一段時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)了基于砷的光合作用的證據(jù)。為了進(jìn)一步支持他們的理論，研究人員需要找到一種現(xiàn)代的類似物來研究生物地球化學(xué)和元素循環(huán)。
除了現(xiàn)在氧氣很豐富的事實(shí)外，要尋找類似于地球早期條件的模擬物也是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。例如，有證據(jù)表明，在火山噴發(fā)頻繁，沒有臭氧層的情況下紫外線很強(qiáng)，海洋本質(zhì)上是有毒的湯料時(shí)，早期的微生物捕獲了大氣中的碳并產(chǎn)生了有機(jī)物質(zhì)。
在化石記錄中工作的另一個(gè)挑戰(zhàn)性方面，尤其是像一些疊層石這樣古老的化石，在由于大陸移動而引起的巖石循環(huán)中幾乎沒有留下。然而，當(dāng)研究小組在智利阿塔卡馬沙漠的拉古納·布拉瓦(Laguna La Brava)惡劣條件下發(fā)現(xiàn)了一種活性微生物墊時(shí)，發(fā)生了突破。
墊子以前沒有被研究過，但是呈現(xiàn)出一種超凡脫俗的條件，例如早期的地球。墊子處于獨(dú)特的環(huán)境中，使它們在高海拔地區(qū)處于永久無氧狀態(tài)，并在野外，每天的溫度波動和高紫外線條件下暴露。墊子是功能強(qiáng)大的信息工具，可真正了解早期地球條件下的生活。
Visscher解釋說：“我們開始在智利工作，在那里我發(fā)現(xiàn)了一條血紅色的河。紅色的沉積物是由無氧光合細(xì)菌組成的。水中的砷也很高。流過墊子的水含有硫化氫，是火山的源頭，它在這些墊層上的流動非常迅速。絕對沒有氧氣?！?br />
研究小組還表明，這些墊子正在沉積碳酸鹽并形成了新一代的疊層石。碳酸鹽材料還顯示出砷循環(huán)的證據(jù)-砷是電子的載體-證明微生物正在積極代謝砷，就像現(xiàn)代系統(tǒng)中的氧氣一樣。維舍爾說，這些發(fā)現(xiàn)以及化石證據(jù)使人們對地球的早期狀況有了強(qiáng)烈的認(rèn)識。
“基于砷的生命一直是一個(gè)問題，它是否具有生物學(xué)作用，還是僅僅是有毒的化合物?” 維舍爾說。
這個(gè)問題似乎得到了回答：“我使用微生物墊已有大約35年的時(shí)間。這是地球上唯一可以找到在沒有氧氣的情況下絕對起作用的微生物墊的系統(tǒng)。”
Visscher指出，他們用來進(jìn)行這項(xiàng)研究的一種重要工具類似于目前在前往火星的火星“恒心號”漫游車上的一種工具。
“在尋找火星上生命的證據(jù)時(shí)，他們將尋找鐵，也許他們也應(yīng)該尋找砷?！?br />
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