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君博生物学新闻:当生命第一次进化时,海洋里面有多热?

2017-06-07 09:43:29
       君博国际生物发现         在历史前40亿年左右的时间里,我们对地球表面的温度知之甚少。这对于地球上生命起源的研究以及它在遥远的世界如何发生起到了一定的限制。

        现在研究人员建议,通过复活古代酶,他们可以估计这些生物体几十亿年前可能演变的温度。加利福尼亚大学洛杉矶分校的古生物学家阿曼达·加西亚(Amanda Garcia)说:“我们不仅需要更好地了解生物在地球上的演变,而且生命和地球的环境如何在数十亿年的地质历史上相互演化。“类似的共同进化似乎肯定是宇宙其他地方的任何生活的情况。” 加西亚和她的同事专注于地球表面温度的历史。复杂的多细胞生命(包括人类)提供了许多线索,这可以推断在过去五千五百万年中的气候时代的气温。然而,对于早前的前寒武纪时期,几乎没有这样的“古温度计”,跨越了46亿年前的地球形态和生活的兴起。

       早些时候的地质证据表明,35亿年前,在古代伊朗,海洋是131摄氏度到185华氏度(55摄氏度到85摄氏度)。科学家通过检查海洋岩石中的氧和硅同位素来做出这些估计。海底富含石英的岩石,被称为黑垩纪,当海水变得较冷时,具有较高水平的较重的氧-18和硅-30同位素。原则上,较重的较轻的氧和硅同位素的比例可以在古老的温度下脱颖而出。但是这样的古温度计并没有充分考虑到这些岩石或海洋在数十亿年的历史中可能会发生什么变化。也许随着时间的推移,海水中的同位素比例会随着物理或化学变化而变化,例如离开陆地的水流或热液喷口。

       鉴于不确定性,加西亚及其同事寻求独立测量前寒武纪海水温度,以生物分子的行为为中心。科学家检查了一种被称为核苷二磷酸激酶(NDK)的酶,它有助于操纵DNA和RNA的结构以及许多其他作用。这种蛋白质的版本在几乎所有的生物体中均可见到,并且对许多灭绝生物也是至关重要的。以前的研究发现蛋白质稳定性和生物体生长的最佳温度之间存在相关性。通过比较各种当代物种的NDK版本的分子序列,研究人员可以重建可能在其共同祖先中存在的NDK的版本。通过合成这些重建,科学家可以通过实验测试这些“复活”的古代蛋白质来找到稳定蛋白质的温度,并从支持古代生物体的可能温度推断出温度。

       科学家估计古代酶可能通过观察他们最接近的宿主生物的亲戚而存在。这些亲属的基因序列差异越大,它们的最后一个常见的相对可能性就越早存在。科学家们使用这些差异来衡量生物分子的年龄,如NDK的重建。

       以前的研究重建了古代酶,以推断过去的温度,但是这些酶中的一些可能来自生活在异常热的环境中的生物,例如深海热液喷口,这不会代表更广泛的海洋。相反,加西亚和她的同事们试图从陆地植物和生活在海洋上部日照深处的光合细菌重建NDK,估计远离沸腾的温泉。他们的研究表明,地球表面大约在30亿年前从大约167华氏度(75摄氏度)冷却到约4.2亿年前的大约95度(35华氏度)。这些发现与以前的地质和酶基结果一致。加西亚说,这样一个戏剧性的冷却是难以理解的,强调科学家们如何知道过去的不同条件是如何随着时间的推移而演变的。“需要大量的努力来设想一个似乎不符合当前地球条件的常识的世界。”未来的研究可以从更多的生物体以及其他酶重建NDK的版本,提供更多证据支持该方法。她说,这样的研究可能有助于“解决关于生命和地球环境的早期演变的大问题”。