查尔斯·达尔文提出，生命可能出现在一个“温暖的小池塘”里，那里有合适的化学物质和能量。华盛顿大学本月发表在《通信地球与环境》杂志上的一项研究报告称，加拿大西部的一个浅“苏打湖”有望满足这些要求。这一发现为生命可能在大约40亿年前从地球早期的湖泊中出现提供了新的支持。
科学家们已经知道，在适当的条件下，复杂的生命分子可以自发地出现。正如最近轰动一时的《化学课》(Lessons in Chemistry)中虚构的那样，生物分子可以由无机分子诱导形成。事实上，在20世纪50年代现实生活中的发现制造出蛋白质的组成部分——氨基酸之后很久，最近的研究已经制造出了RNA的组成部分。但下一步需要极高的磷酸盐浓度。
磷酸盐构成RNA和DNA的“主干”，也是细胞膜的关键成分。在实验室中形成这些生物分子所需的磷酸盐浓度比通常在河流、湖泊或海洋中发现的浓度高出数百到100万倍。这被称为生命出现的“磷酸盐问题”——苏打湖可能已经解决了这个问题。
“我认为这些苏打湖为磷酸盐问题提供了答案，”资深作者、华盛顿大学地球与空间科学教授大卫·卡特林说。“我们的答案是有希望的:这种环境应该出现在早期的地球上，也可能出现在其他行星上，因为这只是行星表面形成方式和水化学作用方式的自然结果。”
苏打湖得名于含有大量溶解的钠和碳酸盐，类似于溶解的小苏打。这是由水和地下火山岩之间的反应产生的。苏打湖也可能有高水平的溶解磷酸盐。
华盛顿大学此前在2019年的研究发现，理论上，苏打湖中可能存在生命出现的化学条件。研究人员将化学模型与实验室实验结合起来，表明自然过程理论上可以将这些湖泊中的磷酸盐浓缩到比典型水域高100万倍的水平。
在这项新研究中，研究小组开始研究地球上的这种环境。巧合的是，最有希望的候选人就在开车的距离之内。在20世纪90年代的一篇硕士论文的末尾，隐藏着科学文献中已知的天然磷酸盐含量最高的地方是加拿大不列颠哥伦比亚省内陆的“最后机会湖”(Last Chance Lake)，距离西雅图约7小时车程。
这个湖大约有1英尺深，湖水浑浊，水位波动。它坐落在不列颠哥伦比亚省牧区卡里布高原一条尘土飞扬的土路尽头的联邦土地上。浅湖满足苏打湖的要求:一个位于火山岩(在这种情况下，是玄武岩)之上的湖泊，与干燥多风的大气相结合，蒸发来水以保持低水位，并将溶解的化合物集中在湖中。
发表在新论文上的分析表明，苏打湖是地球上出现生命的有力候选者。它们也可能是其他行星上存在生命的候选者。
“我们研究的自然环境应该在整个太阳系中都很常见。该研究的主要作者、华盛顿大学地球与空间科学博士后塞巴斯蒂安·哈斯(Sebastian Haas)说:“火山岩石在行星表面普遍存在，所以如果液态水存在，这种水化学反应不仅可能发生在早期的地球上，也可能发生在早期的火星和早期的金星上。”
从2021年到2022年，华盛顿大学的团队三次访问了“最后机会湖”。他们在初冬收集观测数据，当时湖面被冰覆盖;在初夏，雨水滋养的泉水和融雪滋养的溪流使水位达到最高;夏末湖水几乎完全干涸的时候。
“你有这个看似干燥的盐滩，但有角落和裂缝。在盐和沉积物之间有一小片水，溶解的磷酸盐含量很高。”哈斯说。“我们想要了解的是，这种情况为什么以及何时会发生在古代地球上，以便为生命的起源提供一个摇篮。”
在这三次访问中，科考队都收集了水、湖泊沉积物和盐壳的样本，以了解湖泊的化学成分。
在大多数湖泊中，溶解的磷酸盐会迅速与钙结合形成磷酸钙，这种不溶性物质构成了我们的牙釉质。这样可以去除水中的磷酸盐。但在最后的机会湖，钙与丰富的碳酸盐和镁结合形成白云岩，这种矿物也形成了风景如画的山脉。之前的建模工作预测了这种反应，并证实了最后机会湖沉积物中白云岩丰富的时间。当钙变成白云石而不再留在水中时，磷酸盐就缺少了一个结合的伙伴——因此它的浓度就上升了。
“这项研究增加了越来越多的证据，证明蒸发苏打湖是通过高浓度积累关键成分来满足生命起源化学要求的环境，”卡特林说。
该研究还将“最后的机会”湖与Goodenough湖进行了比较，以了解是什么让“最后的机会”湖与众不同。Goodenough湖大约有3英尺深，湖水更清澈，化学成分也不同，步行两分钟就能到达。研究人员想知道，为什么存在于所有现代湖泊中的生命，在某种程度上，没有消耗掉最后机会湖中的磷酸盐。
古迪纳夫湖有大量的蓝藻，可以从空气中提取或“固定”氮气。蓝藻，像所有其他生命形式一样，也需要磷酸盐，而它不断增长的数量消耗了一些湖水的磷酸盐供应。但是“最后的机会”湖的盐度太高，以至于它抑制了那些从事固定大气氮的能源密集型工作的生物。最后的机会湖有一些藻类，但没有足够的可用氮来容纳更多的生命，允许磷酸盐积累。这也使它成为无生命地球的更好类比。
卡特林说:“这些新发现将有助于告知生命起源研究人员，他们要么在实验室里复制这些反应，要么在其他星球上寻找潜在的宜居环境。”
这项研究是由西蒙斯基金会资助的。另一位合著者是金伯利·波比·辛克莱，她是华盛顿大学地球与空间科学专业的研究生。威斯康星大学天体生物学项目的研究生也协助了样本收集。