马里亚纳海沟深处，发现神奇的纳米结构，生命起源或与之密切相关

根据一项近日发表在《自然·通讯》上的研究，科学家在马里亚纳海沟深处，发现一种神奇的纳米结构，研究结果表明，地球上的生命起源或与之密切相关。下面我们就来了解一下这具体是怎么回事。

（↑马里亚纳海沟位于太平洋马里亚纳群岛附近，最深处有大约11公里，是已知地球海洋的最深的地方）

关于地球上的生命起源，科学家提出了多种假设，其中有一种观点认为，生命很可能起源于地球海洋深处的深海热液喷口。该观点认为，深海热液喷口会释放出的大量的化学物质，这可以为生命的起源提供充足的“原料”，在喷口附近的环境中，这些化学物质可以获得丰富的能量，并通过一系列的反应逐渐形成越来越复杂的分子，最终演化出具有自我复制能力的原始生命。

（↑深海热液喷口通常位于地球海底板块的交界区域，海水从板块之间的裂缝进入地壳深处，在与高温岩浆发生接触之后，部分被加热的海水又会以高温高压的热液形式向上涌升，然后从海底地壳的薄弱区域喷出，形成热液喷口）

在过去的日子里，这种观点获得了较高的认同，所以科学家也一直在致力寻找与之相关的线索。在此次研究中，科学家在位于马里亚纳海沟深处大约6000米的一处热液喷口，提取了一块长约84厘米的样本，在对其微观结构进行了深入研究后，科学家发现了一种神奇的纳米结构。

根据介绍，这是一种由氢氧化镁构成的纳米级晶体结构，之所以说它们神奇，是因为它们通过高度有序的排列方式，形成了具有选择性的离子通道，在热液的驱动下，它们可以让特定的离子通过，同时阻止其他类型的离子，而在离子梯度的建立之后，它们还能够在特定情况下自发地产生微弱的电流，这与生物细胞内的“离子泵”和“离子通道”极为相似。

简而言之，生物细胞中的“离子泵”和“离子通道”，可以通过控制特定离子的进出，帮助细胞完成各种生理过程，如神经传导、肌肉收缩等等。

举个例子，动物的神经细胞和肌肉细胞普遍存在着两种结构，即“钠-钾泵”和“钠离子通道”，前者是“离子泵”，它们可以通过分解ATP获得能量，并利用此能量进行钠离子和钾离子的主动转运，每工作一次，可以从细胞膜外侧吸收两个钾离子，同时将三个钠离子从细胞膜内侧转运出去，这样就可以形成一个“内负外正”的离子梯度（这被称为“静息电位”，如下图所示）。

而“钠离子通道”就是一种标准的“离子通道”，它们只允许钠离子通过，同时阻止其他类型的离子，所以当它们大量开放的时候，细胞膜外侧的钠离子就会迅速涌入，从而完成放电的过程（这种电位变化过程被称为“动作电位”，如下图所示）。

参与此次研究的科学家指出，虽然这些在马里亚纳海沟深处发现的纳米结构，具备了与生物细胞内的“离子通道”极为相似的功能，但它们本身却不含任何有机物，也就是说，它们是由非生命物质自发地形成的。

所以一个合理的推测就是，早在生命出现之前，远古地球上的深海热液喷口，就可能已经形成了与之类似的纳米结构，而它们的存在，则为地球上生命起源的能量转化需求提供了重要的“解决方案”。

（↑木卫二）

值得一提的是，从理论上来讲，太阳系中像“木卫二”和“土卫六”这样拥有冰下海洋的星球，其海底也可能像地球一样存在着热液喷口，因此我们还可以大胆猜测，如果地球上的生命真的起源于地球的深海热液喷口，那在这些星球上，生命也可能以同样的方式起源。

参考资料：Osmotic energy conversion in serpentinite-hosted deep-sea hydrothermal vents，Nature Communications volume 15, Article number: 8193 (2024)