地球上铁含量的上升和下降可能影响地球生命的进化

　　人类红色血液中充满了铁。

我们需要铁来促进生长和增强免疫力。

它甚至被添加到谷物等食品中，以确保饮食中含有足够的这种营养素来防止缺铁。

在地球上生命数十亿年的发展过程中，缺铁可能刺激了进化。

根据发表的新研究，地球上铁含量的上升和下降可能使复杂的生物能够从更简单的祖先进化而来。

　　我们太阳系中的类地行星——水星、金星、地球和火星，在它们的岩石地幔中含有不同数量的铁，即最外行星地壳下方的一层。

水星地幔的铁含量最少，而火星的含量最多。

这种变化是由于与太阳的距离不同。

这也取决于行星最初形成富含铁的金属核心的不同条件。

　　地幔中的铁含量调节着几个行星过程，包括地表水的保留。

没有水，我们所知道的生命就不可能存在。

对其他太阳系的天文观测可能有助于估计行星的地幔铁，有助于缩小对能够孕育生命的行星的搜索范围。

　　除了有助于行星的宜居性，铁也是生命得以发生的生物化学的基础 。

铁具有独特的特性组合，包括在多个方向形成化学键的能力以及相对容易获得或失去一个电子的能力。

因此，铁介导了细胞中的许多生化过程，尤其是通过催化作用——加速化学反应的过程。

对生命至关重要的代谢过程 ，例如 DNA 合成和细胞能量生成，都依赖于铁。

　　在我们的工作中，我们计算了数十亿年来地球海洋中的铁含量。

然后，我们考虑了从海中落下的大量铁对进化的影响。

　　地球化学演化为生物化学、生命的最初形成事件发生在 40 亿多年前。

人们一致认为， 铁是这一过程的关键因素。

早期地球的条件与现在大不相同。

特别是大气中几乎没有氧气，这意味着铁很容易溶于水，成为“亚铁”（Fe2+）。

地球早期海洋中丰富的营养铁帮助生命进化。

然而，这个“黑色天堂”并没有持续下去。

　　大氧化事件导致地球大气中出现氧气。

它发生在大约24.3亿年前。

这改变了地球表面，并导致了地球上层海洋和表层水可溶性铁的大量流失。

第二个更近的“氧化事件”，新元古代，发生在8亿到5亿年前。

这使得氧气浓度更高。

作为这两个事件的结果，氧气与铁和几十亿吨氧化的、不可溶的“三价铁”(Fe3+)结合，从海水中流失，成为大多数生命形式无法获得的。

　　生命已经发展并维持，对铁的不可避免的依赖。

无法获得可溶性铁对地球上生命的进化产生了重大影响。

优化铁的获取和使用的行为将具有明显的选择优势。

我们今天仍然可以在感染的遗传分析中看到这一点：能够有效地从宿主体内清除铁的细菌变异体在短短几代内比能力较差的竞争对手做得更好。

　　这场铁争夺战的关键武器是“铁载体”——一种由许多细菌产生的小分子，可以捕获氧化铁 (Fe3+)。

氧化后铁载体变得更加有用，使生物体能够从含有氧化铁的矿物质中吸收铁。

然而，菜叶说说，铁载体也有助于从包括细菌在内的其他生物体中窃取铁。

这种从从环境中获取铁到从其他生命形式中窃取铁的转变， 在病原体与其宿主之间建立了一种新的竞争性互动动态 。

由于这个过程，双方不断进化以 攻击和防御他们的铁资源. 数百万年来，这种强大的竞争驱动力导致了越来越复杂的行为，从而产生了更先进的生物。

　　然而，除了盗窃之外，其他策略可以帮助解决对稀少营养的依赖。

一个这样的例子是共享资源的共生合作关系。

线粒体是富含铁的能量产生机器，最初是细菌，但现在 存在于我们的细胞中。

多个细胞聚集在一起作为复杂的生物体，比单细胞生物体（如细菌）能够更有效地利用稀有营养。

例如，人类每天回收的铁是我们从饮食中摄取的25 倍。

从铁偏向的观点来看，感染、共生和多细胞性为生命形式提供了不同但优雅的方法来抵消铁的限制。

对铁的需求可能影响了进化——包括我们今天所知的生命。

　　地球证明了具有讽刺意味的重要性。

早期地球与生物可接近的铁以及随后在表面氧化过程中去除铁的结合，提供了独特的环境压力，促进了复杂生命从更简单的前体进化而来。

　　在如此长的时间尺度上，这些特定的条件和变化在其他行星上可能并不常见。

因此，在我们的宇宙附近发现其他高级生命形式的可能性可能很低。

然而，观察其他星球上的铁丰度也可以帮助我们找到这样的稀有星球。