当第一个有机体出现在地球上时，科学家识别关键成分

研究人员发现，地球湖泊和河流中，一类叫做硫化阴离子的分子可能已经丰富。

浅湖泊中大浓度的亚硫酸盐和双硫酸盐可能为地球的第一生物分子设定了阶段。

大约在4亿年前，地球是一种荒凉的地方，没有氧气，与火山喷发爆发，并被小行星轰炸，甚至最简单的形式，没有生命迹象。但在这种混乱时期的某个地方，地球的化学变为生活的青睐，不管是不可能的，对地球的第一个有机体。

这是什么促使这个关键转折点？生物体在如此挥发世界中如何反弹？什么是酿造第一氨基酸，蛋白质和其他建筑物的生命块的化学反应是什么？这些是研究人员几十年来困惑的问题，试图将生活中的生命的起源拼凑在一起。

现在，来自麻省理工学院的行星科学家和哈佛史密什的天体物理学中心已经确定了在地球上出现的第一个生物的时间左右在大量浓度上存在的关键成分。

研究人员发现，地球湖泊和河流中可能丰富了一类叫做硫化阴离子的分子。他们计算出大约39亿年前，爆发了火山的二氧化硫含量，最终沉淀并溶解在水中作为硫化物阴离子 - 特别是亚硫酸盐和亚硫酸盐。这些分子可能有机会在湖泊和河流等浅水区积聚。

“在浅水湖泊中，我们发现这些分子是环境的不可避免的一部分，”麻省理工学院的地球部门，大气和行星科学部的博士，苏克特·兰州说。“无论是对生命的起源都是一体的，是我们试图锻炼的东西。”

Ranjan和他的合作者的初步工作表明，磺化阴离子将加速将非常简单的益生元分子转化为RNA的化学反应，是一种遗传建筑物的生命障碍。

“在这项工作之前，人们不知道早期地球上的天然水域存在什么样的硫化阴离子;现在我们知道他们是什么，“Ranjan说。“这从根本上改变了我们对早期地球的知识，并对生命起源的实验室研究产生了直接影响。”

Ranjan和他的同事今天在Astrobiology杂志上发表了他们的结果。

设置早期地球的舞台

2015年，来自剑桥大学的化学家，由John Sutherland领导，他是一名同事于本研究的同学，发现了一种仅仅使用氰化氢，硫化氢和紫外线 - 所有思想的成分对RNA合成前体在早期地球上可用，在初生形式的外观之前。

从化学的角度来看，研究人员的案例是令人信服的：他们在实验室进行的化学反应克服了长期的化学挑战，以成功地产生生命的遗传建筑块。但从行星科学的角度来看，目前尚不清楚这些成分是否已经充分丰富地跳动第一个生物。

例如，彗星可能不得不连续下降，以使足够的氰化氢到地球表面。同时，通过火山喷发巨大释放的硫化氢将主要在大气中留在大气中，因为该分子相对不溶于水，因此不会定期与氰化氢相互作用。

Ranjan从一个行星的角度看，Ranjan看起来，而不是从化学角度接近生活中的起源拼图，试图识别在早期地球上可能存在的实际条件，周围围绕第一个有机体出现。

“近辈领域传统上由化学家领导，他们试图POUT化学途径，看看大自然如何运作，给我们带来生命的起源，”Ranjan说。“他们做了真正的工作。他们不做的详细信息是什么，他们不会问早期地球的情况是什么样的生活？他们举起的情景实际上发生了吗？他们不知道舞台设置是什么。“

卷起生命的成分

2016年8月，Ranjan在剑桥大学谈论火星上的火山中的火山，这些爆发在红星的无氧气氛中的爆发会产生的气体类型。谈话中的化学家意识到在生活开始之前，地球上发生了相同的一般条件。

“他们把它从那个[谈话]中脱离了，在早期的地球上，你没有太多的氧气，但你确实从火山中取消了二氧化硫，”Ranjan回忆说。“结果，你应该有亚硫酸盐。他们说，'你能告诉我们那里有多少这个分子吗？'这就是我们被阐述的内容。“

为此，他始于以前由Sara Seager，MIT班级1941年行星科学教授的火山主义模型，以及她的前研究生Renyu Hu。

“他们做了一项研究，他们问道，”假设你带地球，并只是把火山的数量放在上面。你在大气中得到了什么浓度的气体？“”Ranjan说。

他咨询了地质记录，以确定可能发生在39亿年前大约39亿年前的火山主义的数量，围绕着第一个生命形式出现的时间，然后抬头看着这么大量的火山主义的气体类型和浓度根据Seager和Hu的计算生产。

接下来，他写了一个简单的地球化学模型，以计算这些气体的溶解在浅湖泊和水库中的内容 - 这种环境将更有利于浓缩生命形成的反应，而浩瀚的海洋，其中分子可以容易地消散。

有趣的是，在进行这些计算的同时，他在一个相当意外的主题中咨询了文学：葡萄酒酿造 - 一种涉及在水中溶解二氧化硫的科学，以在类似于早期地球的氧的条件下溶解硫酸盐和亚硫酸盐。

“当我们在撰写本文时，我们退出了许多常数和数据来自葡萄酒化学期刊，因为我们在现代地球上有缺氧环境的地方，”Ranjan说。“所以我们采取了葡萄酒化学的各个方面并问道：“假设我们有X硫二氧化硫。多少溶解在水中，然后它变成了什么？“

社区跨谈

最终，他发现了，虽然火山喷发将含量大量的二氧化硫和硫化氢进入大气中，但它是前者在浅水中更容易溶解，产生大量浓度的亚硫酸盐，以亚硫酸盐和Bisulfites。

“在主要的火山喷发过程中，您可能已经达到了这些化合物的毫米水平，这是关于这些分子在湖泊中的实验室水平浓度，”Ranjan说。“这是泰坦尼克金额。”

新的结果指出亚硫酸盐和双硫酸盐作为一种新的分子 - 实际上是在早期地球上可用的新分子 - 现在可以在实验室中测试化学家，看看它们是否可以从这些分子中合成寿司前体。

由Ranjan的同事领导的早期实验表明，亚硫酸盐和双硫酸盐可能确实鼓励生物分子形成。该团队进行了化学反应，将核糖核苷酸与亚硫酸盐和双硫酸氢盐合成，与氢磺化晶相比，发现前者能够比后者速度快10倍的核糖核苷酸和相关分子，并且在更高的产率下产生核糖核苷酸和相关分子。需要更多的作品来确认磺化阴离子是否确实是早期成分酿造第一生命形式，但现在毫无疑问，这些分子是益生元的一部分。

目前，Ranjan表示，结果开辟了新的合作机会。

“这证明了对行星科学界的人们的需求，以及彼此交谈的生活中的人们，”Ranjan说。“这是学科之间如何交叉授粉的一个例子，可以真正产生简单但坚固且重要的见解。”

这项工作部分由Simons Foundation提供资金，通过西蒙斯基金会对生活起源的合作。

出版物：Ranjan Sukrit等，“硫化物阴离子浓度在早期地球上，用于生活的起源 - 生活化学，”2018年天体学报; DOI：/10.1089/AST.2017.1770