隐藏在地壳深处的古代生命氧气来源被发现

2022年08月08日 17:23 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

纽卡斯尔大学的科学家们在地壳深处发现了一个氧气来源,它可能在光合作用出现之前影响了生命的进化。这个开创性的研究项目发现了一种机制,可以在地质断层的运动中从岩石中产生过氧化氢。这项研究由纽卡斯尔大学自然与环境科学学院领导,今天(8月8日)发表在《自然通讯》杂志上。

虽然高浓度的过氧化氢可能对生命有害,但它也可以为微生物分解出有用的氧气来源。这种额外的氧气来源可能影响了早期地球上在光合作用进化之前的高温环境中的生命的早期进化,甚至可能是起源。

地表下岩石压裂的条件

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研究人员能够利用实验室中的小瓶模拟出地下岩石断裂的一些关键条件。代表海洋和大陆地壳的岩石在氮气下被粉碎,加入无氧水中,然后被加热。资料来源:Jon Telling / Jordan Stone / 纽卡斯尔大学

在构造活跃的地区,地壳的运动不仅产生地震,而且使地表下充满了裂缝和断裂。这些裂缝内有高度反应性的岩石表面,含有许多不整齐的地方,水可以从裂缝处向下过滤,并与新断裂的岩石上的这些缺陷发生反应。

硕士生Jordan Stone在实验室里通过粉碎花岗岩、玄武岩和橄榄岩来模拟这些条件--这些岩石类型可能存在于早期地壳中。然后在良好控制的无氧条件下,将这些岩石添加到不同温度的水中。

生命和氧气的历史

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该研究调查了与地质断层有关的活性氧的来源;在蓝细菌为地球大气提供氧气之前,这是一个潜在的氧气来源。这种活性氧可能在生命从无氧世界进化到有氧世界的过程中发挥了作用,并在生命起源之前对地下裂缝的生物化学做出了贡献。资料来源:Jon Telling / Jordan Stone / 纽卡斯尔大学

实验显示,大量的过氧化氢--以及因此可能产生的氧气--只有在接近水的沸点的温度下才会产生。重要的是,过氧化氢形成的温度与地球上一些最喜欢热的微生物的生长范围相重叠,这些微生物被称为嗜热菌,包括靠近宇宙生命树根部的进化的古代用氧微生物。

作为环境地球科学研究硕士的一部分进行这项研究的主要作者Jordan Stone说。"虽然以前的研究表明,少量的过氧化氢和其他氧化剂可以通过在没有氧气的情况下对岩石的压力或粉碎而形成,但这是第一个表明高温在最大限度地生成过氧化氢方面至关重要的研究。"

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主要作者Jordan Stone在英国纽卡斯尔大学环境地球科学硕士课程中进行了这项研究,他设置了其中一个实验。信用:Jon Telling / Jordan Stone / 纽卡斯尔大学

首席研究员、高级讲师Jon Telling博士补充说:"这项研究表明,碎石和矿物上的缺陷与你所期望的更'完美'的矿物表面的反应方式可能非常不同。所有这些机械化学反应需要产生过氧化氢,从而产生氧气,是水、破碎的岩石和高温,这些在光合作用演化之前都存在于早期地球上,并且可能影响到热的、地震活跃地区的化学和微生物学,在那里生命可能首先演化。"

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