氧氣是地球上生命的基本組成部分。大約 25 億年前，隨著大氣中這種氣體的激增，我們星球上的多細胞生命開始蓬勃發展。
時機並非巧合，但氧氣不能完全歸功於此。根據一些科學家的說法，還有另一種元素對這種進化繁榮也至關重要，它的名字是鐵。
牛津大學地球科學家喬恩·韋德 (Jon Wade) 及其團隊在對整個地球歷史上生命中鐵的可用性的新評論中提出，這種金屬的波動有助於推動地球上的進化。
今天，鐵幾乎是所有生命的必需元素。它使細胞能夠感知氧氣、產生能量、複製 DNA 和表達基因。事實上，我們星球上目前只有兩種已知的生物不需要這種金屬來生存。
在地球的早期，有大量的地質鐵可供使用，尤其是在地幔和地殼中。位於此處的固體鐵可能是由外太空隕石“播種”的，而且由於這種物質可以溶解到古老的海洋中，因此海洋環境中也含有豐富的鐵。
然而，在大氧化事件(GOE) 之後，情況開始發生變化。可溶性鐵開始變得稀缺，細胞間對鐵的競爭加劇。
因此，生命形式必須弄清楚如何從死細胞中回收鐵，從活細胞中竊取鐵，或者生活在另一個細胞中並使用其捕獲鐵的裝置來維持生命。
一些科學家認為，這些鐵之爭首先引發了多細胞進化。
“感染、捕食和內共生都是將鐵獲取的重點從礦物來源轉移到其他生命形式的行為，隨著時間的推移，這三種行為中的每一種都可能演變成其他行為——例如，最初的剝削性感染可能會變成相互共生，”作者解釋說。
與現代真核生物或多細胞生物相比，更古老的單細胞生命形式，如細菌和古細菌，被認為更多地依賴鐵來生存。
這表明現代生物已經學會了數百萬年來更有效地使用該元素，因為它在環境中的存在波動。
根據這個新理論，由於大氣中氧氣的增加，地球海洋失去了大部分可溶性鐵。當水和固體鐵在有氧的情況下相互作用時，鐵會被迅速氧化——這對生物來說更難利用。
要以這種形式獲取元素，細胞需要進化出稱為鐵載體的小有機分子。今天，幾乎所有的細菌、植物和真菌都有這些結構，但在數十億年前，這代表了一種新的生存形式。
隨著具有鐵載體的生命形式開始聚集在數量有限的富含鐵的地質來源附近，研究人員認為擁擠不可避免地導致“細胞間相互作用越來越複雜”。
例如，黃石溫泉中的古細菌只能 在氧化鐵墊上生長。而現代真核生物可以生活在這些地質來源之外，只要有生物形式的鐵可用。
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“儘管生物可利用的鐵消耗殆盡，但在 GOE 後生命的復甦及其隨後的多樣化（以及其他連續的大規模滅絕事件中），鐵在生物系統中保持了其優勢，”作者寫道。
“據推測，這是因為鐵具有獨特的電化學特性，可以使一系列生化過程成為可能或有效，因此其他元素不能廣泛替代蛋白質中的鐵，而不會造成顯著劣勢。”
完全缺乏鐵的替代品意味著生物必須競爭、欺騙或合作才能在 GOE 之後生存，隨著時間的推移，這些發展很可能導致基因組和細胞行為的極端適應。
當最近的新元古代氧化事件發生時，大約 5 億年前，它只是加劇了這些變化。
因此，陸地生命的起源可能始於豐富的鐵，但只有當鐵變得稀缺時，這些生命形式才開始變得複雜。
鑑於大氣 CO 2 的增加可能會增加食物鏈中鐵的缺乏，研究人員表示，我們需要更多地瞭解生命如何應對這一關鍵元素的潮起潮落。
這些發現還表明了一種測量其他行星（如火星）上生命潛力的可能方法，在火星的地幔中也可以發現氧化鐵。如果這顆行星的鐵含量足夠豐富，它可能預示著一些最簡單的生命形式的可能棲息地。
該研究發表在 PNAS 上。
