烹飪化學反應促進復雜生命進化
美拉德反應在面包上形成棕色面包皮 圖片來源：imageBROKER/Unai HuiziAlamy
一種給熟食帶來味道的化學反應每年可能在海底封鎖數百萬噸碳。這個過程甚至可能有助于為復雜生命的進化創造條件。
當溫度上升到大約140°C以上時，糖和氨基酸之間會發生美拉德反應。這種化學過程會產生一系列復雜的富含碳的化合物，為烤肉、烤蔬菜和烤面包等食物提供顏色和味道。
含有錳的礦物可以作為催化劑，使反應在低至25°C的溫度下發生。
為探索這種情況是否會在更低溫度下發生，英國利茲大學的Caroline Peacock和同事在含有糖葡萄糖和氨基酸甘氨酸的溶液中添加了鐵或錳礦物。
當混合物在10°C，即大致相當于大陸邊緣海床的溫度下培育時，與沒有催化劑的糖和氨基酸混合物相比，這些礦物將美拉德反應加速了約100倍。
進一步分析表明，這一過程產生了海洋沉積物樣本中發現的化合物。Peacock 說，這表明美拉德效應通常發生在海底，在那里通常能發現鐵和錳礦物。
在海底，死去的動植物提供了糖和氨基酸來源，微生物將其作為能量來源攝入。在這個過程中，微生物將死亡生物體中的碳轉化為二氧化碳，后者可以重新進入大氣。
Peacock說，如果美拉德反應發生在海底，這可能會導致糖和氨基酸中的碳儲存在大型復雜聚合物中，這對微生物來說更難攝入。
在數千年或數百萬年的時間里，這些聚合物將作為海底堆積的死物質被埋在更深的海底。Peacock 說：“如果能讓碳通過海底頂部的1米危險區，碳通常會被微生物降解，并轉化為二氧化碳，這將把它與大氣隔絕。”
研究人員估計，鐵和錳礦物每年可能鎖住約400萬噸碳。如果沒有這個過程，在過去的4億年里，地球大氣層可能會進一步變暖5°C。
Peacock 說，他們還估計，在過去4億年里，海洋沉積物的美拉德反應可能使大氣中的氧氣水平增加了8%，因為封鎖碳可以讓更多的氧氣進入地球大氣層。
“這個過程對大氣中的氧氣水平影響深遠，”她說，“因為復雜的生命形式需要更多氧氣和能量。我們認為可以合理地推測，這一過程在創造復雜生命所需的條件方面發揮了作用。”
Peacock 說，該團隊還發現，這種反應可能發生在含有鐵和錳礦物質的土壤中，這表明增加土壤中的礦物質含量有助于從大氣中捕獲碳。
“這是一項偉大的研究，”南加州大學的Jan Amend說，“這突出了在大多數氣候和大氣研究中被忽視的鐵和錳化學組成如何在大氣化學和地球表面溫度中發揮巨大作用。
研究人員在8月2日的《自然》上報告了這一發現。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-023-06325-9
