自然科学这种元素可能对地球上复杂生命的进化至关重要

　　氧气是地球上生命的基本组成部分。大约 25 亿年前，随着大气中这种气体的激增，我们星球上的多细胞生命开始蓬勃发展。
　　时机并非巧合，但氧气不能完全归功于此。根据一些科学家的说法，还有另一种元素对这种进化繁荣也至关重要，它的名字是铁。
　　牛津大学地球科学家乔恩·韦德 (Jon Wade) 及其团队在对整个地球历史上生命中铁的可用性的新评论中提出，这种金属的波动有助于推动地球上的进化。
　　今天，铁几乎是所有生命的必需元素。它使细胞能够感知氧气、产生能量、复制 DNA 和表达基因。事实上，我们星球上目前只有两种已知的生物不需要这种金属来生存。
　　在地球的早期，有大量的地质铁可供使用，尤其是在地幔和地壳中。位于此处的固体铁可能是由外太空陨石＂播种＂的，而且由于这种物质可以溶解到古老的海洋中，因此海洋环境中也含有丰富的铁。
　　然而，在大氧化事件(GOE) 之后，情况开始发生变化。可溶性铁开始变得稀缺，细胞间对铁的竞争加剧。
　　因此，生命形式必须弄清楚如何从死细胞中回收铁，从活细胞中窃取铁，或者生活在另一个细胞中并使用其捕获铁的装置来维持生命。
　　一些科学家认为，这些铁之争首先引发了多细胞进化。
　　＂感染、捕食和内共生都是将铁获取的重点从矿物来源转移到其他生命形式的行为，随着时间的推移，这三种行为中的每一种都可能演变成其他行为——例如，最初的剥削性感染可能会变成相互共生，＂作者解释说。
　　与现代真核生物或多细胞生物相比，更古老的单细胞生命形式，如细菌和古细菌，被认为更多地依赖铁来生存。
　　这表明现代生物已经学会了数百万年来更有效地使用该元素，因为它在环境中的存在波动。
　　根据这个新理论，由于大气中氧气的增加，地球海洋失去了大部分可溶性铁。当水和固体铁在有氧的情况下相互作用时，铁会被迅速氧化——这对生物来说更难利用。
　　要以这种形式获取元素，细胞需要进化出称为铁载体的小有机分子。今天，几乎所有的细菌、植物和真菌都有这些结构，但在数十亿年前，这代表了一种新的生存形式。
　　随着具有铁载体的生命形式开始聚集在数量有限的富含铁的地质来源附近，研究人员认为拥挤不可避免地导致＂细胞间相互作用越来越复杂＂。
　　例如，黄石温泉中的古细菌只能 在氧化铁垫上生长。而现代真核生物可以生活在这些地质来源之外，只要有生物形式的铁可用。
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　　＂尽管生物可利用的铁消耗殆尽，但在 GOE 后生命的复苏及其随后的多样化（以及其他连续的大规模灭绝事件中），铁在生物系统中保持了其优势，＂作者写道。
　　＂据推测，这是因为铁具有独特的电化学特性，可以使一系列生化过程成为可能或有效，因此其他元素不能广泛替代蛋白质中的铁，而不会造成显着劣势。＂
　　完全缺乏铁的替代品意味着生物必须竞争、欺骗或合作才能在 GOE 之后生存，随着时间的推移，这些发展很可能导致基因组和细胞行为的极端适应。
　　当最近的新元古代氧化事件发生时，大约 5 亿年前，它只是加剧了这些变化。
　　因此，陆地生命的起源可能始于丰富的铁，但只有当铁变得稀缺时，这些生命形式才开始变得复杂。
　　鉴于大气 CO 2 的增加可能会增加食物链中铁的缺乏，研究人员表示，我们需要更多地了解生命如何应对这一关键元素的潮起潮落。
　　这些发现还表明了一种测量其他行星（如火星）上生命潜力的可能方法，在火星的地幔中也可以发现氧化铁。如果这颗行星的铁含量足够丰富，它可能预示着一些最简单的生命形式的可能栖息地。
　　该研究发表在 PNAS 上。