生命起源或与超临界二氧化碳有关

图片来源:中国科学院海洋研究所

近年来,地球上生命的起源和原始有机物的形成受到了广泛关注。

生物学研究表明,超嗜热菌可能是地球上生命的共同祖先,因此热液系统被认为与生命起源密切相关。然而,热液缺乏氮,氮是合成氨基酸的关键元素,这是早期生命起源于热液假说中最致命的问题。

近日,中国科学院海洋研究所研究员严军与孙卫东的研究团队合作,首次在热液系统中观测到自然状态下的超临界二氧化碳流体喷发。这次观测到的超临界二氧化碳含有大量的氮和有机成分,为生命起源和原始有机物的形成提供了新的启示。

相关研究成果以封面文章的形式发表在《科学通报》上。

在2016年科研船“科学号”的深海热液航行中,研究人员利用中国自主研发的深海激光拉曼光谱原位探测系统(RiP)在深海水下机器人“发现号”上搭载的深海热液区(1400米)发现了超临界二氧化碳流体喷发的热液喷口。通过使用独立开发的深海热液温度探针,超临界二氧化碳喷口的温度被确定为约95℃。此外,利用RiP探针原位直接检测深海超临界二氧化碳流体。研究发现,深海超临界二氧化碳的拉曼光谱在频移和半峰宽等光谱参数上与实验室模拟的超临界二氧化碳完全一致。

深海激光拉曼探针原位探测深海热液区超临界二氧化碳流体图片来源:中国科学院海洋研究所

同时,原位超临界二氧化碳拉曼光谱不仅含有甲烷、硫化氢、硫酸盐等成分的拉曼特征峰,还含有大量的氮和多种未知成分的拉曼峰,远高于周围海水的拉曼峰。尽管仅从拉曼光谱信息很难确定对应于未知峰的化学物质,但是拉曼特征峰的峰位置可以反映化学键的信息。拉曼特征峰的归属表明,这些未知峰大多与碳氢、碳碳、碳氮、氮氢有关,证明深海热液区喷发的超临界二氧化碳流体可能含有大量的有机物。考虑到超临界二氧化碳在甲酸和氨基酸有机合成中的重要作用,推测这些未知的有机物质可能与氨基酸合成有关。

深海热液区发现的超临界二氧化碳流体富含氮,为地球早期从无机到有机的过程提供了极好的反应介质。最近的实验表明,在超临界二氧化碳和矿物质的参与下,H2O-CON2体系可以合成丙氨酸、甘氨酸、天冬氨酸和精氨酸四种氨基酸。

因此,作者提出了早期地球生命起源的新模型。在月球形成后的数百万年间,原始大气逐渐形成。当时,原始大气包含数百个水蒸气、二氧化碳、氮气等大气。原始海洋形成后,当温度和压力条件大于31℃和7.3兆帕时,二氧化碳将以超临界流体相态存在,因此地球表面有一个超临界二氧化碳层。在水圈和大气的界面上,氮和矿物颗粒可以被稠密的超临界二氧化碳吸附。在矿物颗粒的催化下,超临界二氧化碳、水和氮形成最初的有机氨基酸和其他物质,从而完成从无机到有机的转化,并产生有机大分子,如生命所必需的氨基酸。

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.scib.2020.03.023

标题:生命起源或与超临界二氧化碳有关

如若转载,请注明出处:http://www.ikepu.com/wenzhang/137389.html