這張全景照片顯示了2021年11月加拿大西部的Last Chance湖，當時該湖已經(jīng)縮小為許多較小的淺有球生水池，每個水池的望成為地
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（神秘的蘇打湖地球uux.cn）據(jù)華盛頓大學（漢娜·希基）：查爾斯·達爾文提出，生命可能是淺有球生在一個“溫暖的小池塘”中出現(xiàn)的，那里有適當?shù)耐蔀榈鼗瘜W物質(zhì)和能量。華盛頓大學的搖籃一項研究發(fā)表在本月的《地球與環(huán)境通訊》上，報告稱加拿大西部的蘇打湖一個淺“蘇打湖”有望滿足這些要求。這些發(fā)現(xiàn)為大約40億年前地球早期的淺有球生湖泊中可能出現(xiàn)生命提供了新的支持。
科學家們已經(jīng)知道，望成為地在適當?shù)膿u籃條件下，復雜的蘇打湖生命分子可以自發(fā)出現(xiàn)。正如最近轟動一時的淺有球生
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磷酸鹽構(gòu)成了RNA和DNA的“骨架”，也是細胞膜的關(guān)鍵成分。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(fā)現(xiàn)的濃度高出數(shù)百至一百萬倍。這被稱為生命出現(xiàn)的“磷酸鹽問題”——蘇打湖可能已經(jīng)解決了這個問題。
“我認為這些蘇打湖為磷酸鹽問題提供了答案，”資深作者、UW地球和空間科學教授大衛(wèi)·凱特林說。“我們的答案是充滿希望的:這種環(huán)境應該發(fā)生在早期地球上，很可能也發(fā)生在其他行星上，因為這只是行星表面形成方式和水化學工作方式的自然結(jié)果。”
蘇打湖得名于其高含量的溶解鈉和碳酸鹽，類似于溶解的小蘇打。這是由水和下面的火山巖之間的反應產(chǎn)生的。蘇打湖也可能含有高含量的溶解磷酸鹽。
此前UW在2019年的研究發(fā)現(xiàn)，生命出現(xiàn)的化學條件理論上可能出現(xiàn)在蘇打湖里。研究人員將化學模型與實驗室實驗相結(jié)合，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100萬倍的水平。
2022年9月，研究小組成員走過最后一次機會湖的湖面。夏天結(jié)束時，水幾乎全部蒸發(fā)了，在表面留下了一層咸的硬殼。但是水在下面的洞穴和凹穴中持續(xù)存在，柔軟的沉積物位于下面，創(chuàng)造了一個有點危險的奶油狀結(jié)構(gòu)來行走。致謝:uux.cn/扎克·科恩/華盛頓大學
對于這項新研究，研究小組開始研究地球上的這種環(huán)境。巧合的是，最有希望的候選人就在開車的距離之內(nèi)。在一篇20世紀90年代的碩士論文結(jié)尾，隱藏著科學文獻中已知的最高天然磷酸鹽水平。該湖位于加拿大不列顛哥倫比亞省內(nèi)陸，距西雅圖約7小時車程。
這個湖大約一英尺深，湖水渾濁，水位起伏不定。它坐落在不列顛哥倫比亞省牧場區(qū)卡里布高原一條塵土飛揚的土路盡頭的聯(lián)邦土地上。這個淺湖符合蘇打湖的要求:一個位于火山巖（在這種情況下是玄武巖）上方的湖泊，結(jié)合了干燥、多風的大氣，蒸發(fā)引入的水以保持低水位，并將溶解的化合物集中在湖中。
發(fā)表在新論文中的分析表明，蘇打湖是地球上生命出現(xiàn)的有力候選。它們也可能是其他星球上生命的候選者。
“我們研究了一種在整個太陽系中應該很常見的自然環(huán)境。火山巖石在行星表面普遍存在，因此如果液態(tài)水存在的話，這種相同的水化學可能不僅出現(xiàn)在早期地球上，也可能出現(xiàn)在早期火星和早期金星上，”UW大學地球和空間科學博士后研究員、第一作者塞巴斯蒂安·哈斯說。
從2021年到2022年，UW團隊三次訪問了最后一個機會湖。他們在初冬收集觀測數(shù)據(jù)，當時湖面被冰覆蓋；初夏，雨水灌溉的泉水和融雪灌溉的溪流水位最高；夏末湖水幾乎完全干涸時。
“你有這個看似干燥的鹽灘，但也有角落和縫隙。哈斯說:“鹽和沉積物之間有小塊水域，其中溶解的磷酸鹽含量很高。”“我們想了解的是，為什么以及何時會在古老的地球上發(fā)生這種情況，以便為生命的起源提供搖籃。”
塞巴斯蒂安·哈斯拿著一塊來自最后機會湖的鹽殼，中間是綠藻，底部是黑色沉積物。致謝:uux.cn/大衛(wèi)·凱特林/華盛頓大學
在這三次考察中，該團隊收集了水、湖泊沉積物和鹽殼的樣本，以了解湖泊的化學成分。
在大多數(shù)湖泊中，溶解的磷酸鹽很快與鈣結(jié)合形成磷酸鈣，這種不溶性物質(zhì)構(gòu)成了我們的牙釉質(zhì)。這可以去除水中的磷酸鹽。但是在最后的機會湖中，鈣與豐富的碳酸鹽和鎂結(jié)合形成白云石，這種礦物質(zhì)形成了風景如畫的山脈。先前的建模工作預測了這種反應，并在最后一次機會湖沉積物中白云石豐富時得到了證實。當鈣變成白云石并且不再留在水中時，磷酸鹽缺少了一個結(jié)合伴侶——因此其濃度上升。
“這項研究增加了越來越多的證據(jù)表明，蒸發(fā)蘇打湖是通過在高濃度下積累關(guān)鍵成分來滿足生命起源化學要求的環(huán)境，”Catling說。
這項研究還將最后機會湖與古德諾湖進行了比較，以了解最后機會湖的獨特之處。古德諾湖約三英尺深，水更清澈，化學成分不同，步行兩分鐘即可到達。研究人員想知道為什么所有現(xiàn)代湖泊中都存在某種程度的生命，卻沒有耗盡最后機會湖中的磷酸鹽。
古德諾湖有大量藍細菌從空氣中提取或“固定”氮氣。像所有其他生命形式一樣，藍細菌也需要磷酸鹽——其不斷增長的數(shù)量消耗了一些湖水的磷酸鹽供應。但是最后的機會湖是如此咸，以至于它抑制了生物進行固定大氣氮的能量密集型工作。最后的機會湖有一些藻類，但沒有足夠的氮來容納更多的生命，從而使磷酸鹽積累。這也使它更適合模擬無生命的地球。
“這些新發(fā)現(xiàn)將有助于為生命起源研究人員提供信息，他們要么在實驗室復制這些反應，要么在其他星球上尋找潛在的宜居環(huán)境，“卡特林說。
