最大的科學謎團之一是地球上生命的起源。
研究通常集中在深海熱液噴口的作用上——海底的那些高聳結構不斷地噴出有機和無機物質的混合物。
這些羽流中含有稱為硫化鐵的礦物質，科學家相信可能有助於引發創造生命的早期化學反應。
如今，在溫泉中也發現了這些相同的礦物質，例如美國黃石國家公園的大棱鏡溫泉。溫泉是由地球表面下的火山活動加熱的地下水體。
我們的新研究增加了一個雖小但不斷增長的證據體這些溫泉的古代版本可能在地球上生命的出現中發揮了關鍵作用。這有助於彌合關於生命可能出現的地方的相互競爭的假設之間的差距。
地球化學到生物學
碳固定是生物體將空氣中和溶解在水中的二氧化碳轉化為有機分子的過程。
許多生命形式，包括植物、細菌和被稱為古細菌的微生物，都有不同的途徑來實現這一目標。光合作用就是一個例子。
每條途徑都包含一系列酶和蛋白質，其中一些包含由鐵和硫製成的核心。
我們可以在所有生命形式中找到含有這些鐵硫簇的蛋白質。事實上，研究人員提出，它們的歷史可以追溯到最後的普遍共同祖先——一種古老的祖先細胞，科學家提出我們所知道的生命是進化和多樣化的。
硫化鐵是溶解的鐵與硫化氫發生反應時形成的礦物質，硫化氫是一種火山氣體，使溫泉聞起來像臭雞蛋。
如果仔細觀察這些硫化鐵的結構，您會發現其中一些看起來與鐵硫簇非常相似。
硫化鐵和碳固定之間的這種聯繫使得一些研究人員提出這些礦物質發揮了作用從早期地球化學到生物學的轉變中發揮著至關重要的作用。
我們新發表的研究通過調查古代陸基溫泉中硫化鐵的化學活性來擴展這一知識，這些溫泉的地球化學與深海噴口相似。
定制室
我們定制了一個小房間，可以讓我們模擬早期地球上的溫泉環境。
然後我們將合成的硫化鐵樣品散佈到腔室中。有些是純粹的。其他人則服用了溫泉中常見的其他金屬。這些樣本上方的一盞燈模擬了早期地球表面的陽光。使用不同的燈來模擬不同量的紫外線輻射的照明。
二氧化碳和氫氣不斷地被泵入腔室。這些氣體已被證明對碳固定很重要在深海噴口實驗中。
我們發現合成的所有硫化鐵樣品都能夠不同程度地產生甲醇（一種碳固定產物）。這些結果表明，硫化鐵不僅可以促進深海熱液噴口的碳固定，也可以促進陸地溫泉的碳固定。
隨著可見光照射和更高的溫度，甲醇產量也增加。
不同溫度、光照和水蒸氣含量的實驗表明，硫化鐵可能促進了早期地球陸基溫泉的碳固定。
一條古老的小路
額外的實驗和理論計算表明，甲醇的生產是通過一種稱為反向水煤氣變換的機制發生的。
我們在一些細菌和古細菌將二氧化碳轉化為食物的途徑中看到了類似的反應。該途徑稱為“乙酰輔酶A”或“Wood-Ljungdahl”途徑。建議將碳固定的最早形式早年出現的。
這兩個過程之間的相似性很有趣，因為前者發生在溫泉邊緣的干燥土地上，而後者發生在細胞內的潮濕環境中。
我們的研究表明，在早期地球的溫泉中可能存在的各種條件下都可以產生甲醇。
我們的研究結果擴大了硫化鐵促進碳固定的條件範圍。他們表明，這種情況在深海和陸地上都可能發生——儘管機制不同。
因此，我們相信這些結果支持了當前的科學共識，即鐵硫簇和乙酰輔酶A途徑很古老，並且可能在生命的出現中發揮了重要作用——無論它發生在陸地還是海底。
陳國芳，益生元化學博士生，新南威爾士大學 悉尼
