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氢气可能是地球生命之源

作者:管理员  来源:未知  更新时间:2017-06-30 09:03:05

2006年,在南非Witwatersrand盆地,科学家发现了生存在地表4公里以下以氢气为食,栖于岩石内的微生物。科学家曾认为,地下微生物生态系统所消耗的能量主要来自于地球表面,这意味着原始生态系统需要依赖于阳光和光合作用。但以氢气和其他化学物质为食的微生物群的发现,引起了人们对这类不依赖光合作用生物群的产生极大关注。

为寻找问题的答案,加拿大多伦多大学的地质学家Barbara Sherwood Lollar芭芭拉和她的同事对更多地球深层材料进行分析,她们收集了来自加拿大、南非和斯堪的纳维亚半岛等地区200多个地表钻孔和32处采矿点矿石材料,对这些矿石中水的氢气水平进行了分析,有的甚至含有30%的氢气。常压下水中氢气的溶解度只有1.8%,这种30%的浓度意味着必须在17个大气压条件下或170米水下才有可能。利用这些信息研究人员估计大陆地壳中最古老部分的氢气用量,用于协助分析最有可能聚集地下生物区域的微生物生态情况。

根据估计,地球5.55亿到46亿年前最古老岩石形成于前寒武纪大陆岩石圈,每年产生的氢气量是科学家过去估计量的100倍。气体主要来自两种化学反应,其中之一是岩石内天然放射元素产生的放射性将水分子分裂成氢气和氧气。另一种来源是还原性金属与水反应产生大量氢气。过去科学家估计大量氢气是由于水被放射线激发裂解产生的,但Sherwood Lollar教授认为,这些氢气是主要由化学反应产生,还原性比较强的金属如镁和水反应可产生氢气,她认为在当时地球表面存在大量蛇纹石,这些石含量丰富的金属镁和铁,他们遇到水可以发生化学反应产生大量的氢气。无论氢气如何产生,但原始大气和水中氢气大量存在对生命的起源和进化确实十分关键,因为氢气能够给生命提供化学能量,至今我们周围环境和大肠内仍然有大量细菌依靠氢气作为能源生存。最近研究发现,在前寒武纪大陆表面环境中含量丰富的氢气,这和深海温泉的情况类似。

这项新的研究符合深海热泉释放气体的情况,这些气体中的氢气可溶解在海水中。芭芭拉说:“这一发现极大改变了科学界对地球上生命起源和存在方式的理解,在组成大陆的岩石当中,70%都可以追溯到前寒武纪时期。”

芭芭拉团队发现,在数百万年前地球的原始水中,氢气含量非常高,这样的水更有利于微生物生长。耶鲁大学的地质学家肖恩表示“这非常有意思,微生物学还没有地表钻孔研究,他们现在应该知道应该做这件事了”。哥本哈根自然历史博物馆地理化学家艾米丽说,“这一发现能帮助科学家更好理解地球上的早期生命。有关生命在海洋热液喷口的形成后的传播和多样化发展也将成为新的研究热点。如果你确定能量来源无处不在,能量将不再是生命传播的限制因素”。肖恩表示,“这项新发现将会激发科学家在稳定地块、厚地块、古大陆中心进行钻孔采样研究的热情,钻孔研究将会在非常深的地方进行,在你发现地球最高温度处生命之前,你也将期待发现地球最深处的生命。”

深海温泉是地球生命起源的可能场所。这一发现再次确认了氢气在生命起源中的核心地位。这一发现可能让科学界产生一种联想,因为在火星上也可能会发生类似过程,那么在火星或其他星球上是否也能通过类似途径产生生命,这正是人类探索生命起源的一个重要问题。

这一最新研究成果发表于12月17日的《自然》杂志。

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

参考文献:
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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富氢源·富氢水小故事

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