這種氧源可能早于光合作用。
Jordan Stone 是一項新研究的主要作者，也是紐卡斯爾大學最近的環(huán)境地球科學碩士生，他在這里進行了一項實驗
大約 38 億年前震動地球的強烈地震裂開地殼，使化學反應在破裂的巖石深處展開。一項新的研究表明，在地震活動、水和接近沸點的溫度的推動下，這些反應可能為世界上一些最早的生命形式提供了氧氣。
根據(jù)周一（8 月 8 日）發(fā)表在《自然通訊》雜志上的這項研究，這種氧氣將包裝在過氧化氫 (H2O2) 化合物中，該化合物包含兩個氫原子和兩個結(jié)合在一起的氧原子。 該研究的資深作者喬恩·泰林 (Jon Telling) 說，也許最著名的是作為一種防腐劑，過氧化氫當然會對生物體有毒，但一旦被酶或高溫下發(fā)生的反應分解，它仍然是一種有用的氧源。
現(xiàn)在，在實驗室實驗中，Telling 和他的同事發(fā)現(xiàn)了一種方式，即充足的過氧化氫可能在早期地球上形成，因此可以作為地球上一些最早的生物體的潛在氧氣來源。研究人員發(fā)現(xiàn)，這些反應在接近水的沸點（212 華氏度或 100 攝氏度）的 溫度下最有效地發(fā)生，但在低于 176 F（80 C）的溫度下仍會產(chǎn)生少量 H2O2。
Telling 說，值得注意的是，這些溫度與嗜熱菌和嗜熱菌（即嗜熱細菌和古生菌）已知繁衍的溫度范圍重疊。人們認為，地球上所有生命的共同祖先也進化為生活在炎熱的環(huán)境中，因此從理論上講，這種神秘的祖先生物可能受到地殼深處形成的過氧化氫的影響。
重要的是，由于過氧化氫會破壞細胞的脂肪、蛋白質(zhì)和DNA，因此早期生物體如果存在于環(huán)境中，就需要采取策略來“解毒”這種化合物，美國宇航局艾姆斯研究中心的高級研究科學家林恩·羅斯柴爾德 (Lynn Rothschild) 說。加州中心，他沒有參與這項新研究。過氧化氫也是光合作用的天然副產(chǎn)品，因此為了進化出光合作用的能力，生物可能首先需要能夠處理 H2O2。
地殼深處
以前的學習，包括羅斯柴爾德實驗室領(lǐng)導的工作，表明被認為存在于早期地殼中的礦物可能是過氧化氫的潛在來源，因此也是氧氣的潛在來源。
其中一些實驗涉及在特定條件下粉碎巖石，然后將這些碎石暴露在水中。這一系列事件在小范圍內(nèi)模擬了早期地殼構(gòu)造活動區(qū)域所承受的物理應力巖石，在那里地殼裂開，然后水可以滲入內(nèi)部。Telling 說，當?shù)厍虻哪挲g不到 10 億年時，地球還沒有大塊的地殼滑過地幔，因為今天的構(gòu)造板塊在世界各地移動。然而，由于火山活動和小得多的地殼之間的相互作用，地殼在局部區(qū)域仍然彎曲和破裂，他說。
盡管過去的實驗表明，這種早期的構(gòu)造活動可能會產(chǎn)生氫氣（過氧化氫的一種成分）和完全形成的過氧化氫，但這些研究只產(chǎn)生了少量的這些化合物。在他們的新研究中，Telling 和他的同事進行了類似的實驗，但將碎石暴露在更廣泛的溫度范圍和更長的時間——長達一周。根據(jù)過去的研究，他們懷疑這種方法可能會增加過氧化氫的產(chǎn)生量。
在他們的巖石破碎實驗中，該團隊使用了花崗巖（一種在大陸地殼中發(fā)現(xiàn)的巖石）以及玄武巖和橄欖巖，這在早期地球的海洋地殼中可能很豐富。他們將這些巖石在無氧容器中研磨成細粉，小心地將碎石轉(zhuǎn)移到密封瓶中，加入水，然后加熱。
隨著巖粉達到接近沸點的溫度，其組成礦物中的“缺陷”變得越來越不穩(wěn)定，并且更有可能與水發(fā)生反應。具體來說，這些缺陷包括“過氧鍵”或兩個氧原子在礦物晶體結(jié)構(gòu)中結(jié)合在一起的地方，通常氧只會與元素硅結(jié)合。Telling 說，如果在晶體形成時不經(jīng)意地將水添加到晶體結(jié)構(gòu)中，這些缺陷就會被引入晶體中。
“當這些含有這些過氧鍵的巖石受到壓力時，這些缺陷實際上會發(fā)生錯位，”他解釋說?！八鼈兛梢酝ㄟ^晶體結(jié)構(gòu)移動到表面，然后它們可以開始與水相互作用，”這種相互作用最終會產(chǎn)生過氧化氫。
這些結(jié)果表明，至少在早期地球受地震震動并在高溫下烘烤的地區(qū)，過氧化氫可能是環(huán)境的一個共同特征。也就是說，這些實驗無法捕捉到這些產(chǎn)生 H2O2 的反應在早期地球上發(fā)生的確切速率或規(guī)模，Telling 指出。
“看看這種現(xiàn)象有多普遍”以及過氧化氫如何在全球范圍內(nèi)影響早期生物的進化將會很有趣，羅斯柴爾德說，他研究生命可能是如何在早期地球和銀河系其他地方起源和進化的. 也就是說，H2O2 不需要存在于早期地球的所有環(huán)境中，就能影響地球上生命的進化。如果你是一個直徑只有幾微米的微小微生物，那么無論如何，你只會受到周圍環(huán)境中的化學物質(zhì)的影響。
“老實說，如果你附近有活性氧就足夠了，”羅斯柴爾德說。她說，這種早期暴露于環(huán)境 H2O2 可能為進化成藍藻的生物體提供了必要的“訓練”，藍藻負責將地球大氣中充滿氧氣，從而塑造我們星球的歷史進程。
