浅层苏打湖有望成为地球生命的摇篮

查尔斯·达尔文提出，生命可能诞生在一个“温暖的小池塘”里，那里有适当的化学物质和能量混合物。学习华盛顿大学本月发表的通讯地球与环境报道称，加拿大西部的一个浅“苏打湖”有望满足这些要求。这一发现为生命可能起源于大约 40 亿年前早期地球的湖泊提供了新的支持。

科学家们已经知道，在适当的条件下，复杂的生命分子可以自发出现。正如最近在卖座大片《化学课》中虚构的那样，生物分子可以从无机分子中诱导形成。事实上，早在 20 世纪 50 年代的现实生活中发现氨基酸（蛋白质的组成部分）之后，最近的研究已经制造出了 RNA 的组成部分。但下一步需要极高的浓度。

磷酸盐是 RNA 和 DNA 的“骨架”，也是细胞膜的关键成分。实验室中形成这些生物分子所需的磷酸盐浓度比河流、湖泊或海洋中通常发现的浓度高出数百至一百万倍。这被称为生命出现的“磷酸盐问题”——苏打湖可能已经解决了这个问题。

“我认为这些苏打湖为磷酸盐问题提供了答案，”华盛顿大学地球与空间科学教授、资深作者戴维·卡特林 (David Catling) 说道。“我们的答案充满希望：这种环境应该出现在早期地球上，也可能出现在其他行星上，因为这只是行星表面形成方式和水化学作用的自然结果。”

苏打湖因溶解的钠和碳酸盐含量高而得名，类似于溶解的小苏打。这是由水和下方。苏打湖也可能含有高浓度的溶解磷酸盐。

2019 年的一项研究发现，理论上，苏打湖中可能存在生命出现的化学条件。研究人员将化学模型与实验室实验相结合，表明自然过程理论上可以将这些湖泊中的磷酸盐浓缩到比典型水域高出 100 万倍的水平。

在这项新研究中，研究小组着手研究地球上的这种环境。巧合的是，最有希望的候选环境就在驾车可及的距离内。它藏在一条硕士论文20 世纪 90 年代以来，科学文献中已知的最高天然磷酸盐含量为最后机会湖位于加拿大内陆不列颠哥伦比亚省，距离西雅图约七小时车程。

该湖深约一英尺，湖水浑浊，水位波动。它位于不列颠哥伦比亚牧场区卡里布高原一条尘土飞扬的土路尽头的联邦土地上。这个浅湖符合苏打湖的条件：位于火山岩（这里指玄武岩）上方的湖泊，加上干燥多风的大气，蒸发流入的水以保持水位低，并浓缩湖中的溶解化合物。

新论文发表的分析表明，苏打湖是地球上生命出现的有力候选地。它们也可能是其他星球上生命存在的候选地。

“我们研究了一种应该在整个太阳系中都很常见的自然环境。火山岩在行星表面很常见，因此同样的“如果存在液态水，那么不仅可能发生在早期地球上，还可能发生在早期火星和早期金星上，”主要作者、华盛顿大学地球和空间科学博士后研究员塞巴斯蒂安·哈斯说。

2021 年至 2022 年，华盛顿大学的研究小组三次访问了最后机会湖。他们在初冬收集了观测数据，当时湖面被冰雪覆盖；在初夏，雨水滋润的泉水和融雪滋润的溪流使水位达到最高；在夏末，湖水几乎完全干涸。

“这片盐滩看似干燥，但其实有缝隙。盐和沉积物之间有小片水，溶解的磷酸盐含量很高，”哈斯说。“我们想了解的是，为什么以及何时会发生这种情况，以便为生命起源提供摇篮。”

在三次访问中，研究小组收集了水、湖泊沉积物和盐壳的样本，以了解湖泊的化学成分。

在大多数湖泊中，溶解的磷酸盐很快与钙结合形成，即构成我们牙釉质的不溶性物质。这会从水中去除磷酸盐。但在 Last Chance Lake，钙与丰富的碳酸盐以及镁结合形成白云石，这种矿物形成了风景如画的山脉。之前的建模工作预测了这种反应，并在 Last Chance Lake 沉积物中白云石丰富时得到证实。当钙变成白云石并且不留在水中时，磷酸盐缺乏结合伙伴——因此其浓度会上升。

卡特林说：“这项研究进一步证明，蒸发性苏打湖是通过积累高浓度的关键成分来满足生命起源化学要求的环境。”

该研究还比较了最后机会湖和古迪纳夫湖，古迪纳夫湖距离最后机会湖只有两分钟步行路程，后者水深约三英尺，水质更清澈，化学成分也不同，研究人员想知道最后机会湖的独特之处。在所有现代湖泊中，某种程度上都存在生命，但为什么它们没有消耗掉最后机会湖中的磷酸盐呢？

古迪纳夫湖中生长着大量蓝藻，它们从空气中提取或“固定”氮气。蓝藻与所有其他生命形式一样，也需要磷酸盐——而其不断增长的数量会消耗掉其中的一部分水的磷酸盐供应。但最后机会湖的盐度太高，以至于会抑制那些从事高能量密集型工作（即固定大气中的氮）的生物。最后机会湖中有一些藻类，但没有足够的可用氮来容纳更多的生命，从而导致磷酸盐的积累。这也使它成为无生命地球的更好类比。

卡特林说：“这些新发现将有助于为生命起源研究人员提供信息，他们要么在实验室中复制这些反应，要么在其他星球上寻找可能适合居住的环境。”