同位素证据显示,人类可能在地球上茁壮成长32亿年前

2018-05-16

华盛顿大学的新研究发现证据表明,生命正在将氮气排出空气并将其转化为可在32亿年前支持更大社区的形式。 /

闪电,星际尘埃或海底火山的火花可能已经引发了地球上的第一次生命。

但接下来发生了什么?生命可以没有氧气而存在,但没有充足的氮气来构建对病毒,细菌和所有其他生物至关重要的基因 - 早期地球上的生命本来就很稀缺。

据认为,使用大气氮来支持更广泛的生活的能力大约在20亿年前出现。现在来自华盛顿大学的一些研究表明,这颗行星上最古老的岩石发现的证据显示,32亿年前,生命已经将氮气排出空气并将其转化为可支持更大社区的形式。

“人们总是有这样的想法,即真正古老的生物圈只是紧紧地抱住这个不适宜居住的星球,直到出现氮固定时,生物圈突然变得庞大而强健多样,”合作者罗杰别克,UW地球和空间科学教授。 “我们的工作表明,早期地球上没有氮气危机,因此它可以支持一个相当大且多样化的生物圈。”

结果于2月16日发布在Nature上。

作者分析了南非和澳大利亚西北部收集的52个样本,年龄从275到32亿年不等。这些是地球上一些最古老,保存最完好的岩石。这些岩石是由沉积在大陆边缘的沉积物形成的,所以不会出现在海底火山附近发生的化学不规则现象。它们也是在大气吸收氧气之前形成的,大约在23亿至24亿年前,因此保存了现代岩石中消失的化学线索。

即使是最老的32亿年前的样本 - 回到地球诞生的四分之三 - 显示出化学证据表明生命正在将氮气排出空气。重氮与轻氮原子的比例符合单细胞生物体中含氮固定酶的模式,并且不匹配任何在没有生命的情况下发生的化学反应。

主要作者EvaStüeken说:“想象这个真正复杂的过程如此古老,并且已经以32亿年的相同方式运作,我认为这很吸引人,她是UW博士研究的一部分。 “这表明这些真正复杂的酶显然很早就形成了,所以也许这些酶的进化并不困难。”

固氮酶的遗传分析起源于1.5亿至22亿年前。

别克说:“这是将其推迟了十亿年的确凿证据。”

固定氮气意味着打破坚韧的三键,在大气中成对地保持氮原子,并将单个氮连接到易于生物使用的分子上。岩石的化学特征表明氮被基于钼的酶破坏,这是目前存在的三种类型的固氮酶中最常见的。现在钼很丰富,因为氧气与岩石发生反应将其冲入海洋,但它在古代地球上的来源 - 在大气中含有氧气以防风化岩石之前 - 更加神秘。

作者推测,这可能是进一步的证据,表明一些早期的生命可能存在于陆地上的单细胞层中,呼出少量氧气与岩石发生反应,将钼释放到水中。

别克说:“我们永远不会找到任何直接的证据证明陆地上的浮渣厚一层,但这可能会给我们间接的证据表明这片土地是有人居住的,”别克说。 “微生物可能已经爬出海洋,甚至在32亿年前还生活在陆地岩石上的粘土层中。”

未来的工作将考虑还有什么能够限制早期地球生命的增长。 Stüeken开始在美国宇航局资助的UW博士后职位上研究锌,铜和钴等微量金属,看看他们中的一个是否控制了古代生活的发展。

其他合着者还有南非约翰内斯堡大学的布拉德利盖伊,他们提供了一些金矿样本,以及威斯康星大学研究生马修克勒。这项研究由NASA,UW的虚拟行星实验室,美国地质学会和Agouron研究所资助。

发表:Eva E.Stüeken等人,“通过3.2Gyr的钼 - 固氮酶进行生物固氮的同位素证据”Nature(2015); DOI:10.1038 / nature14180

资料来源:华盛顿大学Hannah Hickey

图片:R. Buick / UW