根據(jù)一項(xiàng)近日發(fā)表在《自然·通訊》上的研究，科學(xué)家在馬里亞納海溝深處，發(fā)現(xiàn)一種神奇的納米結(jié)構(gòu)，研究結(jié)果表明，地球上的生命起源或與之密切相關(guān)。下面我們就來了解一下這具體是怎么回事。

關(guān)于地球上的生命起源，科學(xué)家提出了多種假設(shè)，其中有一種觀點(diǎn)認(rèn)為，生命很可能起源于地球海洋深處的深海熱液噴口。該觀點(diǎn)認(rèn)為，深海熱液噴口會釋放出的大量的化學(xué)物質(zhì)，這可以為生命的起源提供充足的“原料”，在噴口附近的環(huán)境中，這些化學(xué)物質(zhì)可以獲得豐富的能量，并通過一系列的反應(yīng)逐漸形成越來越復(fù)雜的分子，最終演化出具有自我復(fù)制能力的原始生命。

（↑深海熱液噴口通常位于地球海底板塊的交界區(qū)域，海水從板塊之間的裂縫進(jìn)入地殼深處，在與高溫巖漿發(fā)生接觸之后，部分被加熱的海水又會以高溫高壓的熱液形式向上涌升，然后從海底地殼的薄弱區(qū)域噴出，形成熱液噴口）

在過去的日子里，這種觀點(diǎn)獲得了較高的認(rèn)同，所以科學(xué)家也一直在致力尋找與之相關(guān)的線索。在此次研究中，科學(xué)家在位于馬里亞納海溝深處大約6000米的一處熱液噴口，提取了一塊長約84厘米的樣本，在對其微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入研究后，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種神奇的納米結(jié)構(gòu)。

根據(jù)介紹，這是一種由氫氧化鎂構(gòu)成的納米級晶體結(jié)構(gòu)，之所以說它們神奇，是因?yàn)樗鼈兺ㄟ^高度有序的排列方式，形成了具有選擇性的離子通道，在熱液的驅(qū)動下，它們可以讓特定的離子通過，同時(shí)阻止其他類型的離子，而在離子梯度的建立之后，它們還能夠在特定情況下自發(fā)地產(chǎn)生微弱的電流，這與生物細(xì)胞內(nèi)的“離子泵”和“離子通道”極為相似。

簡而言之，生物細(xì)胞中的“離子泵”和“離子通道”，可以通過控制特定離子的進(jìn)出，幫助細(xì)胞完成各種生理過程，如神經(jīng)傳導(dǎo)、肌肉收縮等等。

舉個(gè)例子，動物的神經(jīng)細(xì)胞和肌肉細(xì)胞普遍存在著兩種結(jié)構(gòu)，即“鈉-鉀泵”和“鈉離子通道”，前者是“離子泵”，它們可以通過分解ATP獲得能量，并利用此能量進(jìn)行鈉離子和鉀離子的主動轉(zhuǎn)運(yùn)，每工作一次，可以從細(xì)胞膜外側(cè)吸收兩個(gè)鉀離子，同時(shí)將三個(gè)鈉離子從細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)運(yùn)出去，這樣就可以形成一個(gè)“內(nèi)負(fù)外正”的離子梯度（這被稱為“靜息電位”，如下圖所示）。

而“鈉離子通道”則是一種標(biāo)準(zhǔn)的“離子通道”，它們只允許鈉離子通過，同時(shí)阻止其他類型的離子，所以當(dāng)它們大量開放的時(shí)候，細(xì)胞膜外側(cè)的鈉離子就會迅速涌入，從而完成放電的過程（這種電位變化過程被稱為“動作電位”，如下圖所示）。

參與此次研究的科學(xué)家指出，雖然這些在馬里亞納海溝深處發(fā)現(xiàn)的納米結(jié)構(gòu)，具備了與生物細(xì)胞內(nèi)的“離子通道”極為相似的功能，但它們本身卻不含任何有機(jī)物，也就是說，它們是由非生命物質(zhì)自發(fā)地形成的。

所以一個(gè)合理的推測就是，早在生命出現(xiàn)之前，遠(yuǎn)古地球上的深海熱液噴口，就可能已經(jīng)形成了與之類似的納米結(jié)構(gòu)，而它們的存在，則為地球上生命起源的能量轉(zhuǎn)化需求提供了重要的“解決方案”。

（↑木衛(wèi)二）

值得一提的是，從理論上來講，太陽系中像“木衛(wèi)二”和“土衛(wèi)六”這樣擁有冰下海洋的星球，其海底也可能像地球一樣存在著熱液噴口，因此我們還可以大膽猜測，如果地球上的生命真的起源于地球的深海熱液噴口，那在這些星球上，生命也可能以同樣的方式起源。

參考資料：Osmotic energy conversion in serpentinite-hosted deep-sea hydrothermal vents，Nature Communications volume 15, Article number: 8193 (2024)