Were large soda lakes the cradle of life?

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文章探讨了生命起源的可能环境。研究表明，早期地球上的大型苏打湖可能为生命提供了关键的磷元素，磷是构成DNA、RNA和ATP等生命分子的重要元素。这些湖泊通过蒸发浓缩磷，创造了高浓度环境，为前生物化学反应提供了理想条件，从而促进了生命的诞生。

远古时代的苏打湖是大分子生命的发源地吗？

生命需要充足的磷。然而，这种元素不仅在今天很稀缺，而且在生命起源的时候也很稀缺。那么，40 亿年前，哪里有足够的磷来让生命出现呢？一个生命起源研究团队给出了答案。 2025 年 3 月 25 日，作者：Peter Rüegg, Corporate Communications

位于中间的杰出岩石的苏打湖在加利福尼亚州的 Mono Lake 这样的封闭苏打湖中，磷的积累达到一定程度，从而引发了前生物化学反应。（图片来源：Rikk Flohr / AdobeStock）

简而言之

磷是生命的关键分子，但这种元素在地球上相对稀少。
然而，非常高浓度的磷是启动第一个生化过程所必需的，这些过程先于生命，并导致了重要分子如 RNA 的形成。
大型、富含磷的苏打湖是最有可能满足这一要求的场所。研究人员认为，正是在这样的湖泊中，前生物化学开始并产生了生命。

磷与氮和碳一样，是地球生命必不可少的元素。它是 DNA 和 RNA 等分子的核心组成部分，这些分子用于传递和存储遗传信息，也是细胞产生能量所需的 ATP（三磷酸腺苷）的核心组成部分。

磷也可能在生命的起源中发挥了关键作用。启动生化过程需要一定的条件，而这些过程先于生命的出现。其中一个条件是存在足够的磷。它的可用性调节着生物体的生长和活动。然而，与氮或碳不同，磷在地球表面相对稀少——无论是在生命存在之前的时代还是在今天，情况都是如此。

正因为磷稀少且难以获取，但生命有机体对其需求量又很高，所以科学家们长期以来一直在思考生命是如何产生的。

为了回答这个问题，他们在实验室里做了实验。这些实验表明，前生物化学需要非常高浓度的磷——大约是水中自然存在的磷浓度的 10,000 倍。这就提出了一个问题，即数十亿年前地球上的水中是如何以及在哪里出现如此高浓度的磷的。

地球科学家 Craig Walton 有了一个新的答案：没有自然径流的大型苏打湖可以维持足够长时间的磷浓度，即使生命在某个时候开始在其中存在（并不断消耗磷）。这项研究的结果刚刚发表在 Science Advances 杂志上。

这样的湖泊只通过蒸发来失去水分。这意味着磷会留在水中，而不是通过河流和小溪冲走。结果，非常高浓度的磷可以在这些苏打湖中积累起来。

早在 2020 年，华盛顿大学的研究人员就提出苏打湖可能是生命的发源地。Walton 现在更进一步。作为苏黎世联邦理工学院生命起源与普遍性中心 (COPL) 的 Nomis 研究员，这位研究人员正在从地球化学的角度研究有关生命起源的问题。

并不是每个苏打湖都适合；Walton 排除了小型苏打湖。“一旦生命在其中发展起来，它们的磷供应就会比补充的速度更快。这将扼杀化学反应和发展中的生命，”Walton 说。另一方面，在大型苏打湖中，磷浓度足够高，可以长期维持基本的化学反应和生命。这些高浓度是通过大量流入的河水实现的，这些河水含有磷，而水只通过蒸发离开湖泊。由于磷不容易蒸发，它会留在湖中并积累起来。

加利福尼亚州的 Mono Lake 就是这样一个大型苏打湖的例子。它大约是苏黎世湖的两倍大。在 Mono Lake 中，磷浓度始终保持在高水平，这使得各种各样的有机体得以蓬勃发展。这一点至关重要，因为在小湖泊中，磷在形成新的磷之前就被用完了。因此，Mono Lake 中的磷保持在高浓度，这意味着大量的磷定期流入，而磷含量不会下降得太快。

因此，Walton 和他的团队认为，在地球早期历史上，具有持续高磷供应的大型苏打湖是生命起源的理想环境。研究人员认为，与达尔文怀疑的小水池相比，生命更有可能起源于这样的大型水体中。

因此，生命的起源可能与大型苏打湖的特殊环境密切相关，由于其地质环境和磷平衡，为前生物化学提供了理想的条件。“这个新理论有助于解决地球上生命起源的另一个难题，”Walton 说。

参考

Walton CR, Hao J, Schönbächler M, Shorttle O: Large closed-basin lakes sustainably supplied phosphate during the origins of life, Science Advances, eadq0027(2025). DOI:外部链接 10.1126/sciadv.adq0027