來自劍橋大學和開普敦大學的研究人員通過在實驗室中重新創造含有磷元素的史前海水，可能已經找到了解決磷如何成為地球上生命的重要組成部分這一謎題的方法。他們的研究結果發表在《自然通訊》雜誌上，表明海水可能是缺失的磷酸鹽來源，這表明它可能已經以足夠的數量存在，無需特定的環境條件就能支持生命。
劍橋大學的Nick Tosca 教授是這項研究的作者之一，他說：“這可能真正改變我們對生命最初起源的環境的看法。”
這項由劍橋大學博士生Matthew Brady主持的研究顯示，早期海水中的磷酸鹽含量可能比以前認為的多1000-10000倍，前提是水中含有大量的鐵。
磷酸鹽是DNA和RNA的重要組成部分，而DNA和RNA是生命的組成部分，儘管相對於其生物學意義而言，它是宇宙中最不常見的元素之一。磷酸鹽以其礦物形式也是相對不可獲取的–它可能難以溶解於水，以便生命能夠利用它。
科學家們很早就懷疑磷成為生物學的一部分，但他們只是在最近才開始認識到磷酸鹽在指導地球上生命所需分子的合成方面的作用。“實驗表明它能使驚人的事情發生–如果溶液中有大量的磷酸鹽，化學家可以合成關鍵的生物分子，”劍橋大學地球科學系礦物學與岩石學教授Tosca說。
然而，對於創造磷酸鹽所需的確切環境一直存在爭議。根據一些研究，當鐵豐富的時候，磷酸鹽實際上應該更不容易被生命獲取。然而，這一點是有爭議的，因為早期地球的大氣層是貧氧的，鐵會普遍存在。
他們使用地球化學模型來模擬早期地球的條件，以了解生命如何依賴磷酸鹽以及這種元素會在什麼樣的環境中進化。
Brady說：“看到瓶子里的簡單實驗能夠顛覆我們對早期地球上存在的條件的思考，這很令人興奮。”
在實驗室里，他們用被認為存在於地球早期歷史中的相同的化學成分製造了海水。他們還在一個缺氧的大氣中進行了實驗，就像在古代地球上一樣。
該小組的結果表明，海水本身可能是這種基本元素的主要來源。Tosca說：“這並不一定意味着地球上的生命始於海水，它為海水如何向不同的環境提供磷酸鹽提供了很多可能性–例如，湖泊、瀉湖或海岸線，在那裡，海霧可能將磷酸鹽帶到陸地上。”
此前，科學家們提出了一系列產生磷酸鹽的方法，一些理論涉及特殊環境，如酸性火山泉或鹼性湖泊，以及僅在隕石中發現的稀有礦物。
Tosca表示：“我們有一種預感，鐵是磷酸鹽溶解度的關鍵，但就是沒有足夠的數據。該團隊的實驗想法來自於他們對沐浴在現代波羅的海沉積物中的水域的觀察。它是不尋常的，因為它的磷酸鹽和鐵的含量都很高–我們開始想知道這些特殊的水有什麼不同。”
在他們的實驗中，研究人員在一系列的合成海水樣本中加入了不同數量的鐵，並測試了在晶體形成和礦物從液體中分離之前它能容納多少磷。然後他們將這些數據點建立在一個模型中，可以預測古代海水可以容納多少磷。
波羅的海孔隙水提供了一組現代樣本，他們用這些樣本來測試他們的模型。“我們可以完美地重現那種不尋常的水化學特性，”Tosca說。從那裡，他們繼續探索在任何生物出現之前的海水化學。
該結果也對試圖了解地球以外生命的可能性的科學家有影響。Tosca說：“如果鐵有助於將更多的磷酸鹽放入溶液中，那麼這可能與早期火星有關。”
Tosca稱，古代火星上有大量水的證據，包括古老的河床和洪水沉積物，而且我們還知道表面有大量的鐵，大氣層有時也是貧氧的。他們對地表水過濾火星表面岩石的模擬表明，富含鐵的水在這種環境中也可能提供磷酸鹽。
Brady說：“看到社區如何利用我們的成果來探索我們星球上和其他地方的生命進化的新的替代途徑，這將是非常迷人的。”