康涅狄格大学的埃莱娜·汉考克 信用:CC0公共领域 今天地球上的大部分生命依靠氧气生存，但是在氧气出现在我们的蓝色星球之前，生命形式可能使用砷来代替
这些发现在今天出版的《通讯地球与环境》中有详细的研究
氧循环的一个关键组成部分是植物和某些类型的细菌基本上吸收阳光、水和CO2，并将它们转化为碳水化合物和氧气，然后这些物质被呼吸氧气的其他生物循环和利用
这种氧作为电子的载体，在代谢过程中获得和提供电子
然而，在地球上生命存在的一半时间里，没有氧气存在，在最初的1
这项研究的主要作者、康涅狄格大学海洋科学和地球科学教授彼得·维斯彻说:“我们真的不知道这些系统是如何工作的。”
光驱动的光合生物在化石记录中显示为层状碳酸盐岩，称为叠层石，年代约为3
70亿年前，维斯彻说
叠层石垫被微生物生态系统沉积了亿万年，每一层都保存着当时生命的线索
当代有一些微生物在无氧条件下利用多种元素完成光合作用的例子，然而尚不清楚这在最早的生命形式中是如何发生的
关于生命过程在无氧条件下如何运作的理论，主要依赖氢、硫或铁作为元素，将电子运送到周围以满足生物体的代谢需求
正如维斯彻所解释的，这些理论是有争议的；例如，有了铁，光合作用是可能的，但是在氧气出现之前，研究人员在化石记录中没有发现这方面的证据
40亿年前
提到了氢，然而不同微生物之间的能量学和氢的竞争表明这是非常不可行的
砷是另一种理论上的可能性，2008年发现了这方面的证据
Visscher说，2014年，当他和同事们发现基于砷的深层光合作用的证据时，与砷的联系得到了加强
为了进一步支持他们的理论，研究人员需要找到一种现代类似物来研究生物地球化学和元素循环
除了氧气现在很充足这一事实之外，找到早期地球条件的模拟物是一项挑战，原因有很多
例如，证据显示早期的微生物在火山频繁爆发、没有臭氧层的情况下紫外线很强、海洋基本上是有毒汤的时候捕获大气碳并产生有机物
在化石记录中工作的另一个具有挑战性的方面，特别是那些像一些叠层石一样古老的化石，是由于大陆移动时岩石的循环，剩下的很少
然而，当研究小组发现一种活跃的微生物垫时，一个突破发生了，这种微生物垫目前存在于智利阿塔卡马沙漠的拉古纳·拉布拉瓦的恶劣条件下
这些垫子以前没有被研究过，但是呈现了一套超凡脱俗的条件，就像地球早期的条件一样
这些垫子处于一个独特的环境中，使它们在高海拔地区处于永久无氧状态，暴露在野外、每天的温度波动和高紫外线条件下
垫子是真正理解地球早期生命状况的有力的信息工具
维斯切尔解释道，“我们开始在智利工作，在那里我发现了一条血红的河流
红色沉积物是由厌氧光合细菌组成的
水中的砷含量也很高
流过地垫的水含有源于火山的硫化氢，它非常快速地流过这些地垫
绝对没有氧气
" 研究小组还表明，地垫正在制造碳酸盐沉积物，并创造了新一代叠层石
碳酸盐材料也显示了砷循环的证据——砷是作为电子的载体——证明了微生物在活跃地代谢砷，就像现代系统中的氧一样
维斯切尔说，这些发现和化石证据一起，给了我们对地球早期状况的强烈感觉
“以砷为基础的生命一直是一个问题，它有生物学作用还是只是一种有毒化合物？”维斯切尔说
这个问题似乎得到了回答:“我已经研究微生物垫大约35年了
这是地球上唯一一个我可以找到在无氧条件下绝对有效的微生物垫的系统
" 维斯切尔指出，他们用来进行这项研究的一个重要工具类似于目前正在前往火星途中的火星毅力探测器上的一个工具
“在寻找火星上有生命的证据时，他们将着眼于铁，或许他们也应该着眼于砷
"
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