美拉德反应以其在食物褐变中的作用而闻名，同时也可能在海底发生，通过保存有机碳为地球上的生命做出贡献。利兹大学的研究发现，这种反应有助于提高氧气水平，降低大气中的二氧化碳浓度，为复杂生命的存在创造了条件。这些发现还可能对应对气候变化的应对策略产生影响。
每年，美拉德反应将4万吨有机碳封存，这个过程有助于维持复杂生命进化所需的条件。这种化学过程在食物褐变中应用，赋予食物独特的气味和味道。这个被法国科学家命名的美拉德反应，该过程将有机碳的小分子转化为更大的聚合物分子。在厨房中，美拉德反应用于从糖类中营造出风味和香气。
2023年，由利兹大学Caroline Peacock教授领导的一个研究小组在《nature》上发表了题为“Long-term organic carbon preservation enhanced by iron and manganese”的研究成果。该研究组人员认为，在海底，美拉德反应发挥了更基本的作用。具体来说，它有助于提高氧气水平和减少大气中的二氧化碳水平，从而为复杂的生命形式在地球上出现和茁壮成长创造条件。
有机碳的来源
海洋中的有机碳主要来自微观生物体。当这些生物死亡时，它们会沉入海底并被细菌吞噬。衰变过程使用氧气并将二氧化碳释放到海洋中，最终进入大气层。
有机碳的保存
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，并在沉积物中储存数万年甚至数百万年。科学家们将这种现象描述为“有机碳的保存”。
在海底长期储存或保存有机碳对地球表面形成的条件产生了重大影响。它限制了二氧化碳的释放，允许更多的氧气到达地球大气层，并将过去400亿年地球陆地表面变暖的变化限制在平均约5℃。
太慢无法产生任何影响
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Oliver Moore博士说：“早在1970年代，人们就提出美拉德反应可能发生在海洋沉积物中，但这个过程被认为太慢，无法影响地球上存在的条件。该研究实验表明，在海水中发现的关键元素即铁和锰的存在下，反应速率增加了数十倍。
“在地球漫长的历史中，这可能有助于为复杂的生命居住在地球上创造必要的条件。
研究分析与发现
在研究中，科学家们模拟了由美拉德反应引起的有机碳在海底封存的情况。他们估计，每年约有4万吨有机碳被封存在海底，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以海底温度10℃的条件下，使用不同形式的铁和锰混合物研究了简单的有机化合物的反应。
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。
这项“指纹”分析是在英国牛津郡的钻石光源进行的，这是一种同步加速器，能够产生高强度的光束，用于揭示样品的原子结构。先进的I08-SXM仪器在高稳定性、能量和光学分辨率方面进行了开发和优化，以帮助研究环境系统中发生的碳化学和反应。这项研究有助于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。
这项研究发现，海洋中的铁和锰等反应性矿物在创造地球上生命演化所需的稳定条件方面起着关键作用。从更深入地了解地球化学过程所获得的经验，可以开发出应对现代气候变化的新方法。
参考文献
Long-term organic carbon preservation enhanced by iron and manganese” by Oliver W. Moore, Lisa Curti, Clare Woulds, James A. Bradley, Peyman Babakhani, Benjamin J. W. Mills, William B.
Homoky, Ke-Qing Xiao, Andrew W. Bray, Ben J. Fisher, Majid Kazemian, Burkhard Kaulich, Andrew W. Dale and Caroline L. Peacock, 2 August 2023, Nature.DOI: 10.1038/s41586-023-06325-9
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