科学家揭开生命起源之谜：海水可能是缺失的磷酸盐来源

剑桥大学的Nick Tosca 教授是这项研究的作者之一，他说：“这可能真正改变我们对生命最初起源的环境的看法。”

这项由剑桥大学博士生Matthew Brady主持的研究显示，早期海水中的磷酸盐含量可能比以前认为的多1000-10000倍，前提是水中含有大量的铁。

磷酸盐是DNA和RNA的重要组成部分，而DNA和RNA是生命的组成部分，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。磷酸盐以其矿物形式也是相对不可获取的--它可能难以溶解于水，以便生命能够利用它。

科学家们很早就怀疑磷成为生物学的一部分，但他们只是在最近才开始认识到磷酸盐在指导地球上生命所需分子的合成方面的作用。“实验表明它能使惊人的事情发生--如果溶液中有大量的磷酸盐，化学家可以合成关键的生物分子，”剑桥大学地球科学系矿物学与岩石学教授Tosca说。

然而，对于创造磷酸盐所需的确切环境一直存在争议。根据一些研究，当铁丰富的时候，磷酸盐实际上应该更不容易被生命获取。然而，这一点是有争议的，因为早期地球的大气层是贫氧的，铁会普遍存在。

他们使用地球化学模型来模拟早期地球的条件，以了解生命如何依赖磷酸盐以及这种元素会在什么样的环境中进化。

Brady说：“看到瓶子里的简单实验能够颠覆我们对早期地球上存在的条件的思考，这很令人兴奋。”

在实验室里，他们用被认为存在于地球早期历史中的相同的化学成分制造了海水。他们还在一个缺氧的大气中进行了实验，就像在古代地球上一样。

该小组的结果表明，海水本身可能是这种基本元素的主要来源。Tosca说：“这并不一定意味着地球上的生命始于海水，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，湖泊、泻湖或海岸线，在那里，海雾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，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。

Tosca表示：“我们有一种预感，铁是磷酸盐溶解度的关键，但就是没有足够的数据。该团队的实验想法来自于他们对沐浴在现代波罗的海沉积物中的水域的观察。它是不寻常的，因为它的磷酸盐和铁的含量都很高--我们开始想知道这些特殊的水有什么不同。”

在他们的实验中，研究人员在一系列的合成海水样本中加入了不同数量的铁，并测试了在晶体形成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建立在一个模型中，可以预测古代海水可以容纳多少磷。

波罗的海孔隙水提供了一组现代样本，他们用这些样本来测试他们的模型。“我们可以完美地重现那种不寻常的水化学特性，”Tosca说。从那里，他们继续探索在任何生物出现之前的海水化学。

该结果也对试图了解地球以外生命的可能性的科学家有影响。Tosca说：“如果铁有助于将更多的磷酸盐放入溶液中，那么这可能与早期火星有关。”

Tosca称，古代火星上有大量水的证据，包括古老的河床和洪水沉积物，而且我们还知道表面有大量的铁，大气层有时也是贫氧的。他们对地表水过滤火星表面岩石的模拟表明，富含铁的水在这种环境中也可能提供磷酸盐。

Brady说：“看到社区如何利用我们的成果来探索我们星球上和其他地方的生命进化的新的替代途径，这将是非常迷人的。”