生命是地球最大的奇迹。生命本质上,是在基因链条的指引下,发展出来的生命体。我们一直在研究生命的起源,在各种物质当中,氧气对生命来说非常重要,没有氧气,地球生命只能停留在十分原始的时代,氧气是不是生命诞生和发展的最重要原因呢?
按照科学家的研究,氧气并不具备这样的能力,地球生命的起源,很可能是另一种元素发挥了关键的作用,这就是铁元素。铁元素在生命构成中,似乎很不起眼,但是铁元素却是蛋白质新陈代谢中不过缺少的一环,铁元素也参与到了DBA的形成过程中,科学家估计,地球诞生之后,天上的陨石带来了大量的铁资源,铁元素是当时的原始海洋的重要成分,地球早期出现的单细胞生物,它们的生存其实很依赖铁元素。
26亿年前大氧化事件(GOE)后,大气中氧气的逐步上升有效地从海洋中去除了数十亿吨可溶性亚铁,可溶性铁变得稀缺,细胞间对铁的竞争开始加剧。单纯的矿物来源已经无法支撑生命,因此对铁的获取方式重新集中在生物来源上。通过感染、捕食和内共生等其他生命形式的行为来获取铁,而且随着时间的推移,三种行为相互演变,例如,最初的剥削性感染可能会变成相互共生。
细胞对铁的竞争引发了多细胞进化,进化出一种新的获取铁元素的生存形式,即有机小分子铁载体,这是几乎所有现代细菌和植物都有的结构,表明现代生物在铁环境的波动中学会了更有效地使用铁元素。由于铁独特的电化学特性,不能被其他元素广泛替代,使得铁在生物系统中始终保持优势。例如,古细菌只能在氧化铁上生长,而现代真核生物只要有生物形式的铁就可以生存。真核多细胞性允许生物体内的铁循环,能够更有效地利用稀缺但至关重要的铁元素。
因此,地球生命的起源可能得益于地幔/地壳中丰富的铁,当铁变得稀缺时,促使生命形式开始变得复杂。由于铁元素在全球范围内随地质时间框架而大幅波动,推动了地球上的生物进化。研究人员表示,从这一研究结果可以得到两个重要提示,其一,如果在地外行星上发现了含量足够丰富的铁元素,可能预示着那儿曾经存在一些简单的生命形式;其二,鉴于大气中CO2的增加可能会引发食物链中铁的缺乏,有必要更多地了解在铁元素的潮起潮落中生命是如何进化的。