文章來源：海洋與溼地
近日，華盛頓大學發表在《通訊地球與環境》期刊上的一項研究報告稱，加拿大西部的一個淺鹼水湖（Last Chance Lake）有望滿足孕育生命起源的要求。研究結果為這一結論提供了支援——約40億年前，地球早期的湖泊中可能出現了生命。
（2022年9月，研究團隊走過Last Chance Lake的湖面。夏末，水幾乎全部蒸發，在表面留下一層鹹的外殼。但是，水在外殼下面的低窪處和洞穴中持續存在，下面有柔軟的沉積物，形成了一個有點危險的可供行走的類似於“奶油布丁”的結構。圖源：Zack Cohen/華盛頓大學）
在適當的條件下，複雜的生命分子可以自發出現。20世紀50年代，發現製造出了氨基酸（蛋白質的組成部分）後，最近製造了RNA的組成部分，下一步需要極高的磷酸鹽濃度。
磷酸鹽形成RNA和DNA的“骨架”，也是細胞膜的關鍵組成部分。在實驗室中形成這些生物分子所需的磷酸鹽濃度比通常在河流、湖泊或海洋中發現的水平高出數億到100萬倍。促成生命出現的“磷酸鹽問題”——加拿大的這一淺鹼水湖可能已經解決了這個問題。
資深作者、華盛頓大學地球與空間科學教授David Catling說:“我認為這些鹼水湖為磷酸鹽問題提供了答案。這種環境應該發生在早期地球上，也可能發生在其他行星上，因為這只是行星表面形成和水化學運作的自然結果。”
鹼水湖因其溶解的鈉和碳酸鹽含量高而得名。這是由於水和下面火山岩之間的反應引起的。鹼水湖也可能含有高水平的溶解磷酸鹽。
2019年，華盛頓大學在其研究中發現，理論上，鹼水中可能存在生命出現的化學條件。研究人員將化學模型與實驗室實驗相結合，研究表明自然過程理論上可以將這些湖泊中的磷酸鹽濃縮到比典型水域高出100萬倍的水平。
Last Chance Lake約一英尺深，湖水渾濁，水位波動, 坐落在加拿大不列顛哥倫比亞省牧區卡里布高原一條塵土飛揚的土路盡頭。該淺湖符合鹼水湖的要求：火山岩（具體為玄武岩）上方的湖泊與乾燥、多風的大氣相結合，蒸發流入的水以保持低水位，並將溶解的化合物集中在湖中。
該論文的第一作者、華盛頓大學地球和空間科學博士後研究員Sebastian Haas說：“我們研究了一種在整個太陽系都很常見的自然環境。火山岩在行星表面很普遍，所以如果存在液態水，這種水化學不僅可能發生在早期地球上，也可能發生在火星和金星早期。”
從2021年到2022年，華盛頓大學研究團隊三次造訪Last Chance Lake，在初冬（此時湖面被冰覆蓋）收集觀測資料。初夏，雨水灌溉的泉水和融雪灌溉的溪流使該湖達到最高水位；在夏末，湖水幾乎完全乾涸。
Haas說：“這片看似乾燥的鹽灘，但有一些角落和縫隙。在鹽和沉積物之間，有一些小水滴，溶解磷酸鹽含量非常高。我們想了解的是，為什麼以及何時會在古老的地球上發生這種情況，以便為生命的起源提供一個搖籃。”
在所有三次訪問中，該團隊都收集了水、湖泊沉積物和鹽殼的樣本，以瞭解湖泊的化學成分。
在大多數湖泊中，溶解的磷酸鹽很快與鈣結合形成磷酸鈣，這是一種不溶性物質，構成了我們的牙釉質。這樣可以去除水中的磷酸鹽。但在Last Chance Lake，鈣與豐富的碳酸鹽和鎂結合形成白雲石，這種礦物形成了風景如畫的山脈。之前的模擬工作預測了這種反應，並在該湖沉積物中富含白雲石時得到了證實。當鈣變成白雲石而不留在水中時，磷酸鹽缺乏結合夥伴，因此其濃度上升。
Catling教授說：“這項研究進一步強化了淺鹼水湖是滿足生命起源化學要求的環境的證據，它透過在高濃度積累關鍵成分來實現。”
這項研究還將Last Chance Lake與Goodenough Lake進行了比較，以瞭解Last Chance Lake的獨特之處。Goodenough Lake是一個大約三英尺深的湖泊，距離Last Chance Lake只有兩分鐘的步行路程，水更清澈，化學成分也不同。研究人員想知道，為什麼所有現代湖泊中都存在某種程度的生命，卻沒有耗盡Last Chance Lake湖中的磷酸鹽。
Goodenough Lake有大量的藍藻，可以從空氣中提取或“固定”氮氣。藍細菌和所有其他生命形式一樣，也需要磷酸鹽——其不斷增長的種群消耗了部分湖水的磷酸鹽供應。但Last Chance Lake的鹽度太高，抑制了那些從事固定大氣氮的高耗能工作的生物。Last Chance Lake有一些藻類，但沒有足夠的可用氮來容納更多的生命，從而使磷酸鹽積累。這也使它更好地模擬了一個沒有生命的地球。
Catling教授說：“這些新發現將有助於為研究生命起源的科學家們提供資訊，要麼在實驗室中複製這些反應，要麼在其他行星上尋找潛在的宜居環境。”
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文 | Daisy
審 | LYJ
排版 | Daisy
