小欢喜电视迷 发现高浓度甲烷和在陨石中发现轻碳同位素相比哪个更能证明火星存在生命_3

2019-11-09 12:51:09

先说结论,两者都不能证明火星现在存在生命,但相对来讲碳同位素分馏可以更好指示火星曾经存在过生命过程。前面的答案们解释了为什么甲烷的发现不是充足证据,大家还是没给出我想看的部分啊(┬_┬)。我补充一下为什么C同位素分馏可以更好的指示生命过程。1、为啥生命活动会引起碳同位素分馏?其实这个结论也是通过现代生物学和地质统计学的结果得出的,说到这儿又要有人说geologyisnotarealscience了哈哈哈哈。结论是有机生命体在生命过程中更容易富集吸收轻碳即12C,所以只要有生命活动存在那么沉积物中的δ13C也就是13C/12C的值就会出现偏负的分馏情况,公式如下:其中标准采用Carolina南部白垩纪皮狄组中的拟箭石,以PDB表示1993:VPDB=ViennaPDB,(NBS-19CaCO3δ13C=+1.95‰)自然界中的碳同位素分馏分为两种:动力学分馏和热力学平衡分馏,而动力学分馏即为生物作用过程导致的。根据这个原理我们不妨找几个基准值来进行参考:初始地球同位素组成:δ13C=-4.5‰生物出现前沉积物碳酸盐:δ13C=-4.5‰碳质球粒陨石全岩:δ13C=-5.6~-11.6‰碳质球粒陨石干酪根:δ13C=-13.8~-17.1‰现代大气:δ13C=-7‰现代海洋:δ13C=1~2‰现代海洋植物:δ13C=-28~-4‰现代陆生或浅水植物:δ13C=-37‰~-10‰现代动物:δ13C=-17~-6‰陆相沉积岩中有机碳:δ13C=-8~-38‰海相沉积岩中有机碳:δ13C=-10~-30‰变质岩中石墨:δ13C=-24~-28‰通过这些数据我们可以发现,除了大气和海洋由于控制因素太多也是最大的碳库所以值并不具有参考意义外,其他的数值均表明:生命活动会导致较低的δ13C值,且变化范围均较大。咱们拿个最典型的高等生物的例子来看,C3C4植物的分馏情况如下图:分馏时间段主要是光合作用固碳阶段的化学反应,而在地质演变过程中则不会出现明显的分馏,具体如下:光合作用过程中的碳同位素分馏分为三步:①植物从空气中优先吸收12CO2,使之溶解于细胞质中。这是因为12CO2比13CO2键易破裂,加之12CO2的质量数低于13CO2,运动速度较快。②溶解于细胞质中的12CO2通过酶的作用优先转移到磷酰甘油酸中。在这一过程中,有一部分未反应的、溶解在磷酰甘油酸中富集13C的CO2从植物中排出。排出越有效,分馏越明显。③由磷酰甘油酸合成各种有机组分的过程中进一步分馏,总趋势是半纤维素、蛋白质、果酸最富集13C(-17‰),纤维素、木质素次之(-23‰),类脂化合物最轻(-30‰)有人要问了,像火星这种星球上应该出现的会是低等生命吧,也会出现这样的分馏么?是的。古太古代有机质较低的δ13C值指示其生态系统主要受自养生物控制,在CO2含量很高的情况下,戊糖磷酸盐分异作用通常产生最大的分馏作用(Schidlowskietal.,1993)。然而Hayes(2001)认为,古太古代地层序列中有机质的δ13C值指示了各种微生物的自养同化分异作用,特别是在厌氧条件下。与三羧酸逆循环(reversetricarboxylicacidcycle)、3-羟基丙酸盐循环(3-hydroxypropionatecycle)、戊糖磷酸盐循环(pentosephosphatecycle)和乙酰基辅酶A循环(acetyl-CoAcycle)的碳同化作用伴随的同位素分异范围可从<10‰到>40‰。古太古代碳酸盐和干酪根的同位素记录是一致的,这些同位素记录也和化学自养微生物(包括产甲烷菌)及不产氧的光合自养细菌的同位素分异一致(Schidlowskietal.,1983)。2、那么碳同位素分馏有没有非生物因素?之前说过,碳同位素分馏分为动力学分馏和热力学平衡分馏。动力学分馏里除了生物成因还有热解过程引起的动力学分馏,特征如下:①原始烃类分子越大,热裂解时产生的甲烷越富12C②热裂解的温度越高,热裂解时产生的甲烷越贫12C③在一定的温度条件下,热裂解早期产生的甲烷更富12C例如,有机物的初始δ13C值为-29.7‰,裂解17小时后,CH4的δ值为-57.1‰;而裂解114小时后,CH4的δ值为-52.9‰而热力学平衡分馏则是指,通过同位素交换,含碳组分的13C富集程度形成一个固定的系列:CO32->H12CO3->C(金刚石)>C(石墨)>CH4同样可以造成有机质中碳同位素的明显分馏。因此要想确认Tissint陨石中的碳粒是否是生物成因可能还需要排除掉热力学平衡分馏的影响。只有更广泛的采样和统计验证普遍性以后才能得出结论。以上。references:Carbonisotopesasbiogeochemicalrecordersoflifeover3.8GaofEarthhistory:evolutionofaconceptTheinitiationofbiologicalprocessesonearth:SummaryofempiricalevidenceBiologicalmodulationoftheterrestrialcarboncycle:IsotopecluestoearlyorganicevolutionStablecarbonisotopefractionationofsixstronglyfractionatingmicroorganismsisnotaffectedbygrowthtemperatureunderlaboratoryconditionsCarbonisotopicfractionationinthebiosynthesisofbacterialfattyacids.OzonolysisofunsaturatedfattyacidsasameansofdeterminingtheintramoleculardistributionofcarbonisotopesFactorscontrolling13Ccontentsofsedimentaryorganiccompounds:Principlesandevidence

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