生命的存在與鉬有著直接的關係,這一點可能並不廣為人知。鉬作為少數幾個必需元素之一,幫助人和所有其他生物完成維持生命的關鍵過程。鉬甚至在數十億年前地球生命的起源中也發揮了重要作用。
鉬是生命所必需的。它在人類和動物體內幾種酶的產生過程中起著關鍵作用,這些酶有助於清除毒素和廢物,並幫助細胞產生能量。它是植物必不可少的微量營養素,使植物能夠從空氣和土壤中吸收氮。
氮也是所有生命所必需的。它主要以惰性形態存在於空氣和土壤中,不能直接被使用。強化學鍵使氮原子成對地結合在一起,必須打破它們才能釋放出生物過程所需的單個原子。氮原子與其他化學物質結合形成維持生命的生物化合物。這個轉化過程稱為固氮。
關於地球上生命究竟是如何起源和進化的,有很多理論,但一個共同的因素是 — 鉬的存在。
生命的氣息
一種理論認為生命起源於海洋。當時地球的大氣層主要由氮、二氧化碳和水蒸汽組成,與我們今天呼吸的富含氧氣的大氣有很大不同。海洋也沒有氧氣,儘管生活在淺海、名為藍藻的細菌(細菌的早期形式)第一次光合作用會產生一些氧。這些早期的微生物利用海洋中豐富的可溶性鐵來 “固定” 氮以供生長。
隨著這些微生物的生長,光合作用導致淺海區域發生氧合作用,使鐵變成不可溶的物質,並抑制了進一步的固氮作用。地球大氣層的演變過程開始出現了一段停滯期,科學家將18.5億年前到8.5億年前稱為 “無聊的10億年”。
“無聊”時期以有機生命的突然增長和地球大氣層氧合作用的增加而告終。科學家們認為,在 “無聊的10億年” 結束時,海洋中可溶解鉬的數量急劇增加,導致含鉬固氮酶的生長髮育。固氮酶是一種強大的有固氮作用的酶,它大大增加了可利用氮的數量,從而加快了生長速度。隨著微生物的生長,光合作用增加,產生了更多的氧氣,從而形成了富含氧氣的大氣層,自此得以維持生命的延續。
古老岩石另一種理論認為生命不是起源於海洋,而是起源於陸地。據2015年發表的一篇文章介紹,華盛頓大學的一個團隊在地球一些最古老的岩石上發現了固氮的證據。Stüeken與她的合作者對取自現在非洲和澳大利亞的50多個岩石樣本進行了化學分析。結果與微生物採用固氮酶固氮的模式一致。因為有些岩石已經有30多億年的歷史了,研究人員提出早期生命可能是以產氧黏土的單細胞層存在的。氧與岩石中的鉬發生反應,使其變成更適於固氮的可溶形態。因此,這個過程可能有助於增加海洋中的可利用鉬,“啟動”大規模的海洋微生物光合作用。
沒有鉬地球上就不可能有生命
穩定的影響
關於地球生命的起源,還有另一個更有趣的理論 — 認為地球上的生命實際起源於火星!據2013年提出這一理論的Steve Benner 教授說,鉬證明了這一點。
泛胚種的概念,即生命在行星間的轉移的概念,並不新鮮。但Benner 教授透過研究硼和鉬氧化物的可利用性,把這一概念更推進了一步。他指出,僅僅給早期地球上的有機化合物新增能量,只能產生瀝青狀的黏稠物,而不是生命的開始。這個問題已經困擾科學家許多年。
Benner 提出,硼酸鹽和鉬酸鹽充當催化劑,形成了正確的RNA,即DNA的前體。科學家普遍認可RNA是第一個形成並能夠自我複製的遺傳分子。他的理論假設硼酸鹽和鉬酸鹽對碳化合物中的糖分子起到了穩定作用,並重新排列生成核糖 — RNA中的“R”。而最關鍵的是,他斷言只有當硼和鉬本身穩定下來—以它們的氧化物形式存在,這種情況才有可能發生。因為三十億年前地球上的氧氣極少,Benner得出結論,這一定發生在其他地方 — 氧氣充足的地方,比如火星。
支援這一理論的另一個方面論據是,早期地球上充滿了水,這既阻止了硼以必要的數量發展,又在RNA形成後立即攻擊它,這對生命起源於地球的理論提出了第二個質疑。
相比之下,科學家們相信30億年前火星表面只有很少的地表水,但有豐富的氧氣。該理論提出,生命起源於更適宜生存的火星表面,然後被隕石運送到地球,並在那裡繼續繁衍生息。Benner的理論對地球生命起源之爭論的關鍵問題提供了合理的解釋,因此獲得了許多追隨者的支援,有望確立成為生命起源的另一種解釋。
鉬對維持現代生命的重要作用已經得到證明和認可。生命起源的討論仍將繼續,科學發現將不斷豐富我們的認知。目前關於生命起源和演化的主要理論都認為鉬是關鍵因素,它對數十億年前生命的重要性,如同對今天的生命一樣重要。