大约四十亿年前，地球上生命的最初迹象以微生物的形式出现。虽然科学家们仍在确定这些微生物出现的确切时间和方式，但很明显，生命的出现与早期地球的化学和物理特征错综复杂地交织在一起。

“我们有理由怀疑，如果我们星球的早期化学特征不同，生命可能会以不同的方式开始 - 或者根本不开始，”罗切斯特大学地球与环境科学副教授达斯汀特雷说。

但是数十亿年前的地球是什么样子的，哪些特征可能帮助生命形成?在发表在《科学》杂志上的一篇论文中，Trail和科罗拉多大学博尔德分校的研究助理Thomas McCollom揭示了寻找答案的关键信息。这项研究不仅对发现生命的起源具有重要意义，而且对在其他星球上寻找生命也有重要意义。

“我们现在正处于一个激动人心的时刻，人类正在其他行星和卫星以及其他行星系统上寻找生命，”特雷尔说。“但我们仍然不知道生命是如何开始的，甚至不知道生命是如何开始的，甚至是什么时候开始的。像我们这样的研究有助于确定可能支持生命出现的特定条件和化学途径，这项工作肯定会成为寻找地球以外生命的重要因素。

金属在生命出现中的重要性

对生命及其起源的研究通常涉及各种学科，包括基因组学、基因及其功能的研究;蛋白质组学，蛋白质研究;以及一个名为金属组学的新兴领域，该领域探索金属在执行细胞功能中的重要作用。随着生命的进化，对某些金属的需求发生了变化，但特雷尔和麦科洛姆想要确定数十亿年前微生物首次出现时可能有哪些金属可用。

“当为不同的生命起源情景提出假设时，科学家们通常认为所有金属都是可用的，因为没有研究在地球历史的最早时期对流体的金属浓度提供地质上可靠的限制，”特雷尔说。

为了解决这一缺点，Trail和McCollom研究了数十亿年前岩石圈(包括地壳和上地幔在内的地球外层)中流体的组成和特征。这些岩石圈流体是将岩石和矿物的溶解部分输送到地球内部和可能形成微生物生命的外部热液池之间的关键途径。虽然研究人员不能直接测量数十亿年前存在的金属，但通过确定流体的性质，他们可以推断出在地球上出现生命期间，哪些金属 - 以及金属的浓度 - 可能在地球内部和外部之间运输。

十亿年前矿物的线索

数十亿年前的岩石和矿物通常是有关地球最早历史的唯一直接信息来源。这是因为岩石和矿物在形成时锁定了有关地球成分的信息。

研究人员进行了高压高温实验，并将这些结果应用于早期地球锆石，这是一种在西澳大利亚州收集的坚固矿物，以确定数十亿年前岩石圈流体的氧气压力，氯含量和温度。然后，他们将这些信息输入计算机模型。这些模型使他们能够模拟岩石圈流体的性质，进而模拟哪些金属可能穿过流体到达地球表面的热液池。

了解生命的起源

研究人员对模型模拟所显示的内容感到惊讶。例如，许多生命起源研究人员认为铜是化学中可能导致生命的成分。但Trail和McCollom没有发现证据表明在他们的分析限制下铜会很丰富。

他们测试的一种可能具有高浓度的金属是锰。虽然在生命起源的情景中很少考虑锰，但今天锰有助于身体形成骨骼，并协助酶分解碳水化合物和胆固醇。

“我们的研究表明，像锰这样的金属可能是'固体'地球和地球表面新兴生物系统之间的重要联系，”特雷尔说。

特雷尔说，这项研究将帮助研究生命起源的科学家在他们的实验和模型中输入更具体的数据。

“根据这些信息设计的实验将更好地了解生命的起源。