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厨师使用的化学反应如何帮助在地球上创造生命

摘要 用于使食物褐变以赋予其独特的气味和味道的化学过程可能发生在海洋深处,它帮助创造了生命所需的条件。该过程被称为美拉德反应,以发现该反...

用于使食物褐变以赋予其独特的气味和味道的化学过程可能发生在海洋深处,它帮助创造了生命所需的条件。

该过程被称为美拉德反应,以发现该反应的法国科学家命名,该过程将小分子有机碳转化为更大的分子,即聚合物。在厨房里,它被用来用糖来创造风味和香气。

但利兹大学卡罗琳·皮科克教授领导的一个研究小组认为,在海底,这一过程产生了更根本的影响,它有助于提高大气中的氧气含量并减少二氧化碳含量,从而创造条件让复杂的生命形式在地球上出现并繁衍生息。

有机碳来源

海洋中的有机碳主要来自微生物。当这些生物体亡时,它们会沉入海底并被细菌吞噬。这个衰变过程使用氧气并将二氧化碳释放到海洋中,最终进入大气中。

由于美拉德反应,较小的分子转化为较大的分子。这些较大的分子更难被微生物分解,并且可以在沉积物中储存数万年(如果不是数百万年)。

科学家们将其描述为“有机碳的保存”。

有机碳在海底的长期储存或保存对地球表面的发展状况产生了重大影响。它限制了二氧化碳的释放,让更多的氧气进入地球大气层,并将过去 4 亿年来地球陆地表面变暖的变化限制在平均约 5 摄氏度。

“速度太慢,不会产生任何影响”

该研究的第一作者、利兹地球与环境学院生物地球化学研究员奥利弗·摩尔博士说:“早在 20 世纪 70 年代就有人提出美拉德反应可能发生在海洋沉积物中,但该过程是人们认为速度太慢,无法影响地球上存在的条件。

“我们的实验表明,当海水中存在关键元素铁和锰时,反应速率会提高数十倍。

“在地球漫长的历史中,这可能有助于为复杂生命在地球上栖息创造必要的条件。”

作为研究的一部分,科学家们模拟了有多少有机碳因美拉德反应而被锁定在海底。他们估计,每年约有 400 万吨有机碳被锁在海底。这相当于大约 50 座伦敦塔桥的重量。

为了验证他们的理论,研究人员在实验室中10摄氏度(即海底温度)下观察了简单有机化合物与不同形式的铁和锰混合时发生的变化。

分析显示,经过美拉德反应的实验室样本的“化学指纹”与从世界各地海底采集的沉积物样本的“化学指纹”相匹配。

这种“指纹”分析是在牛津郡的 钻石光源进行的,这是英国的同步加速器,它产生强烈的光能光束,以揭示样品的原子结构。

Diamond Light Source 扫描 X 射线显微镜光束线 (I08-SXM) 首席光束线科学家 Burkhard Kaulich 博士表示:“我们先进的 I08-SXM 仪器具有高稳定性、能量和光学分辨率,经过开发和优化,可帮助探测环境系统中发生的碳化学和反应。

“我们非常自豪能够为更好地理解地球上复杂生命形式和气候创造所涉及的基本化学过程做出贡献。”

来自利兹的皮科克教授说:“发现海洋中由铁和锰制成的活性矿物有助于为地球上的生命进化创造必要的稳定条件,这是非常令人兴奋的。”

从更好地了解地球化学过程中获得的经验教训可用于利用新方法来应对现代气候变化。

伦敦玛丽女王大学环境科学家、该论文的作者之一詹姆斯·布拉德利博士表示:“了解影响沉积在海底的有机碳命运的复杂过程对于查明地球气候如何变化至关重要。对自然过程和人类活动的响应,并帮助人类更好地管理气候变化,因为碳捕获技术的应用和长期成功依赖于碳以稳定的形式被锁定,而不是转化为二氧化碳。”

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