早期地球天然水体中的氮氧化物浓度

生命起源研究中的一个关键挑战是估算与所提出的、被认为促成了早期地球生命涌现的化学途径相关的物种丰度。具体而言，溶解的氮氧化物阴离子（NO$_{X}^{-}$），特别是硝酸根（NO$_{3}^{-}$）和亚硝酸根（NO$_{2}^{-}$），已被用于多种生命起源化学过程，从 RNA 的寡聚化到原代谢的出现。近期工作计算了从前生物大气到海洋的 NO$_{X}^{-}$ 供给，并报道在所有合理参数空间内稳态 [NO$_{X}^{-}$] 均较高。这些发现基于一个假设：除非在热液喷口被处理，否则 NO$_{X}^{-}$ 在天然水体中是稳定的。在此，我们表明 NO$_{X}^{-}$ 在早期地球的还原性环境中是不稳定的。由 UV 光解和与亚铁（Fe$^{2+}$）反应造成的汇使 [NO$_{X}^{-}$] 相对于过去的预测降低了数个数量级。对于 pH$=6.5-8$ 和 $T=0-50^\circ$C，我们发现前生物海洋中最可能的情形是 [NO$_{X}^{-}$]$<1~\mu$M。另一方面，具有有利排水特征的前生物水塘可能维持 [NO$_{X}^{-}$]$\geq 1~\mu$M。如同现代地球一样，由于 NO$_{3}^{-}$ 稳定性远大于其他形态，前生物地球上的大多数 NO$_{X}^{-}$ 应以 NO$_{3}^{-}$ 形式存在。这些发现揭示了早期地球上可能存在的那类前生物化学过程。我们讨论了其对所提出的前生物化学的启示，并强调需要进一步研究 NO$_{X}^{-}$ 动力学，以减少预测早期地球 [NO$_{X}^{-}$] 时的显著不确定性。