在有氧气之前,地球上的生物呼吸什么?

在还没有氧气的几十亿年前,剧毒的砷可能是将新生命带到地球上的化合物。

在智利的阿塔卡马沙漠一处名为Laguna La Brava的地方,科学家一直在研究一种生活在永久无氧高盐湖水中紫色的光合微生物。

康州大学的地质科学家Pieter Visscher说:“我研究这种水下微生物垫已经有大约35年了。”

“这是地球上唯一一个我能找到的在完全无氧条件下生存的微生物垫的系统。”

微生物垫在地球上存在已经有至少35亿年了,它们成为化石后会形成叠层岩。但在微生物垫存在的最初10亿年间,地球上并没有氧气供它们进行光合作用。

这些生命形式是如何在如此极端的条件下存活下来还是个未知数,但是通过研究叠层岩和现今存活的极端微生物,研究人员已经理出了一些可能的答案。

虽然长期以来,铁、硫和氢一直被提出是氧气的可能替代物,但加州高盐的瑟尔斯湖和莫诺湖中“摄砷微生物(arsenotrophy)”的发现也使得砷也成为了一个竞争者。

自此,西澳洲Tumbiana地质构造中的叠层岩揭示了收集光线和砷曾经是前寒武纪时期光合作用的有效模式。铁或硫不一样。

就在去年,研究者在太平洋里发现了一种同样呼吸砷的丰富生命形式。

就连La Brava生命形式也很像近期在内华达州富含砷的湖水中发现的紫色的硫细菌Ectothiorhodospira sp.,它们似乎也会通过将砷化合物氧化成砷酸盐来进行光合作用。

虽然还需要更多研究来证实La Brava微生物是否会代谢砷,但初步研究发现这些微生物垫周围的湍急水流中富含大量的硫化氢和砷。

如果作者是正确的,La Brava微生物的确是在“呼吸”砷,那么这些生命形式会是第一个在永久而且完全无氧的微生物垫上这样做的,和我们所认为的前寒武纪的环境十分相似。

因此,它所在的微生物垫是理解地球初期某些可能生命形式的一个优秀模型。

虽然基因研究表明La Brava微生物垫有代谢砷和硫的工具,不过作者说它的砷还原反应似乎比硫的还原反应更有效。

无论如何,他们表示有强有力的证据表明两条途径都存在,这些足以支撑大量的微生物垫存活在地球的生命初期。

如果该团队是正确的,那么我们或许应该拓宽我们对其他地方生命形式的研究。

Visscher说:“在火星上搜寻生命证据的时候,科学家会寻找铁,或许也应该寻找一下砷。”

它真的不止是种毒药。

原文:https://www.livescience.com/life-on-earth-before-oxygen.html

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