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氫氣可能是地球生命之源

作者:管理員  來源:未知  更新時間:2017-06-30 09:03:05

2006年,在南非Witwatersrand盆地,科學家發現了生存在地表4公里以下以氫氣為食,棲于巖石內的微生物。科學家曾認為,地下微生物生態系統所消耗的能量主要來自于地球表面,這意味著原始生態系統需要依賴于陽光和光合作用。但以氫氣和其他化學物質為食的微生物群的發現,引起了人們對這類不依賴光合作用生物群的產生極大關注。

為尋找問題的答案,加拿大多倫多大學的地質學家Barbara Sherwood Lollar芭芭拉和她的同事對更多地球深層材料進行分析,她們收集了來自加拿大、南非和斯堪的納維亞半島等地區200多個地表鉆孔和32處采礦點礦石材料,對這些礦石中水的氫氣水平進行了分析,有的甚至含有30%的氫氣。常壓下水中氫氣的溶解度只有1.8%,這種30%的濃度意味著必須在17個大氣壓條件下或170米水下才有可能。利用這些信息研究人員估計大陸地殼中最古老部分的氫氣用量,用于協助分析最有可能聚集地下生物區域的微生物生態情況。

根據估計,地球5.55億到46億年前最古老巖石形成于前寒武紀大陸巖石圈,每年產生的氫氣量是科學家過去估計量的100倍。氣體主要來自兩種化學反應,其中之一是巖石內天然放射元素產生的放射性將水分子分裂成氫氣和氧氣。另一種來源是還原性金屬與水反應產生大量氫氣。過去科學家估計大量氫氣是由于水被放射線激發裂解產生的,但Sherwood Lollar教授認為,這些氫氣是主要由化學反應產生,還原性比較強的金屬如鎂和水反應可產生氫氣,她認為在當時地球表面存在大量蛇紋石,這些石含量豐富的金屬鎂和鐵,他們遇到水可以發生化學反應產生大量的氫氣。無論氫氣如何產生,但原始大氣和水中氫氣大量存在對生命的起源和進化確實十分關鍵,因為氫氣能夠給生命提供化學能量,至今我們周圍環境和大腸內仍然有大量細菌依靠氫氣作為能源生存。最近研究發現,在前寒武紀大陸表面環境中含量豐富的氫氣,這和深海溫泉的情況類似。

這項新的研究符合深海熱泉釋放氣體的情況,這些氣體中的氫氣可溶解在海水中。芭芭拉說:“這一發現極大改變了科學界對地球上生命起源和存在方式的理解,在組成大陸的巖石當中,70%都可以追溯到前寒武紀時期。”

芭芭拉團隊發現,在數百萬年前地球的原始水中,氫氣含量非常高,這樣的水更有利于微生物生長。耶魯大學的地質學家肖恩表示“這非常有意思,微生物學還沒有地表鉆孔研究,他們現在應該知道應該做這件事了”。哥本哈根自然歷史博物館地理化學家艾米麗說,“這一發現能幫助科學家更好理解地球上的早期生命。有關生命在海洋熱液噴口的形成后的傳播和多樣化發展也將成為新的研究熱點。如果你確定能量來源無處不在,能量將不再是生命傳播的限制因素”。肖恩表示,“這項新發現將會激發科學家在穩定地塊、厚地塊、古大陸中心進行鉆孔采樣研究的熱情,鉆孔研究將會在非常深的地方進行,在你發現地球最高溫度處生命之前,你也將期待發現地球最深處的生命。”

深海溫泉是地球生命起源的可能場所。這一發現再次確認了氫氣在生命起源中的核心地位。這一發現可能讓科學界產生一種聯想,因為在火星上也可能會發生類似過程,那么在火星或其他星球上是否也能通過類似途徑產生生命,這正是人類探索生命起源的一個重要問題。

這一最新研究成果發表于12月17日的《自然》雜志。

http://www.nature.com/news/earth-s-deep-crust-could-support-widespread-life-1.16575 

http://www.nature.com/nature/journal/v516/n7531/pdf/nature14017.pdf

參考文獻:
1.Sherwood Lollar, B.,Onstott, T. C., Lacrampe-Couloume, G. & Ballentine, C. J. Nature 516, 379–382(2014).
2.Lin, L.-H. et al.Science 314, 479–482 (2006).
3.Holland, G. et al.Nature 497, 357–360 (2013).


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富氫源·富氫水小故事

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