地球早期的微生物就依靠砷维持生命！
小杨 / 2020-09-23 09:29:03
百欧博伟生物：今天，地球上的许多生命都依赖于氧气的存在，但是在我们的蓝色星球上存在氧气之前，生命形式很可能会使用砷。这些发现在今天发表在《通信地球与环境》上的研究中有详细介绍。
氧气循环的关键组成部分是植物和某些类型的细菌实质上吸收阳光，水和CO2并将其转化为碳水化合物和氧气，然后被循环并由其他呼吸氧气的生物利用。这种氧气充当电子的载体，在通过新陈代谢过程提供动力时获得和提供电子。不过，这项研究的主要作者，康宁大学海洋科学教授说，在地球上存在生命的时间中，有一半时间没有氧气存在，并且在最初的15亿年中，我们真的不知道这些系统是如何工作的。地球科学彼得·维舍尔。
维斯彻说，在化石记录中，光驱动的光合生物是层状碳酸盐岩，称为叠层石，可追溯到大约37亿年前。微生物生态系统将千层石垫沉积在其上，每一层都具有当时生命的线索。在现代的例子中，微生物在无氧条件下利用多种元素进行光合作用来完成该过程，但目前尚不清楚这种现象在最早的生命形式中是如何发生的。
关于生命过程在没有氧气的情况下如何起作用的理论主要依赖于氢，硫或铁作为元素，这些元素可将电子运送到周围以满足生物的代谢需求。
正如Visscher解释的那样，这些理论是有争议的。例如，铁是可以进行光合作用的，但是研究人员在大约24亿年前氧气出现之前的化石记录中找不到证据。提到了氢，但是不同微生物之间对氢的能量和竞争表明它是高度不可行的。
砷是另一种理论可能性，有关证据于2008年发现。Visscher说，与砷的联系在2014年得到加强，当时他和他的同事在很长一段时间内发现了基于砷的光合作用的证据。为了进一步支持他们的理论，研究人员需要找到一种现代的类似物来研究生物地球化学和元素循环。
除了现在氧气很丰富的事实外，要寻找类似于地球早期条件的模拟物也是一项挑战。例如，有证据表明，在火山喷发频繁，没有臭氧层的情况下紫外线很强，海洋本质上是有毒的汤料时，早期的微生物捕获了大气中的碳并产生了有机物质。
在化石记录中工作的另一个挑战性方面，尤其是像一些叠层石这样古老的化石，在由于大陆移动而引起的岩石循环中几乎没有留下。然而，当研究小组在智利阿塔卡马沙漠的拉古纳·布拉瓦(Laguna La Brava)恶劣条件下发现了一种活性微生物垫时，发生了突破。
垫子以前没有被研究过，但是呈现出一种超凡脱俗的条件，例如早期的地球。垫子处于独特的环境中，使它们在高海拔地区处于永久无氧状态，并在野外，每天的温度波动和高紫外线条件下暴露。垫子是功能强大的信息工具，可真正了解早期地球条件下的生活。
Visscher解释说：“我们开始在智利工作，在那里我发现了一条血红色的河。红色的沉积物是由无氧光合细菌组成的。水中的砷也很高。流过垫子的水含有硫化氢，是火山的源头，它在这些垫层上的流动非常迅速。绝对没有氧气。”
研究小组还表明，这些垫子正在沉积碳酸盐并形成了新一代的叠层石。碳酸盐材料还显示出砷循环的证据-砷是电子的载体-证明微生物正在积极代谢砷，就像现代系统中的氧气一样。维舍尔说，这些发现以及化石证据使人们对地球的早期状况有了强烈的认识。
“基于砷的生命一直是一个问题，它是否具有生物学作用，还是仅仅是有毒的化合物?” 维舍尔说。
这个问题似乎得到了回答：“我使用微生物垫已有大约35年的时间。这是地球上唯一可以找到在没有氧气的情况下绝对起作用的微生物垫的系统。”
Visscher指出，他们用来进行这项研究的一种重要工具类似于目前在前往火星的火星“恒心号”漫游车上的一种工具。
“在寻找火星上生命的证据时，他们将寻找铁，也许他们也应该寻找砷。”
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