Pierwsze formy życia na Ziemi potrzebowały półfabrykatu pu pu, aby istnieć, ale jeden z tych składników, fosfor mineralny, od dawna intrygował naukowców. Nikt nie wiedział, w jaki sposób fosfor, jeden z sześciu głównych chemicznych pierwiastków życia, stał się wystarczająco bogaty na wczesnej Ziemi, aby życie mogło wybuchnąć.
Teraz naukowcy mogą mieć odpowiedź; jeziora, które kwitły w suchych miejscach na wczesnej Ziemi, prawdopodobnie odegrały kluczową rolę w dostarczaniu fosforu, naukowcy napisali w nowym badaniu opublikowanym 30 grudnia w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences.
Odkrycie wyjaśnia, w jaki sposób ten rzadki minerał stał się obfity w pierwotną zupę ziemską. Mówiąc prościej, pomaga naukowcom zrozumieć, jak powstało życie. „Przez 50 lat tak zwany„ problem fosforanowy ”nękał badania nad pochodzeniem życia” - powiedział w oświadczeniu współ-badacz Jonathan Toner, asystent naukowy profesora nauk o Ziemi i kosmosie na Uniwersytecie Waszyngtońskim.
Fosfor ma kluczowe znaczenie dla życia, jakie znamy. Minerał pomaga utworzyć szkielet cząsteczek DNA i RNA; zakotwicza lipidy lub tłuszcze, które oddzielają komórki od otaczającego ich środowiska; i pomaga zapewnić energię życiową, służąc jako główny składnik w cząsteczkach takich jak trifosforan adenozyny lub ATP.
Aby zbadać „problem fosforanowy”, naukowcy w nowym badaniu przyjrzeli się jeziorom bogatym w węglany, które znajdują się w suchym środowisku. Jeziora te, znane również jako jeziora sodowe, powstają, gdy woda z otaczającego krajobrazu wpada w depresję. Parowanie powoduje, że woda w jeziorze staje się słona i zasadowa (co oznacza, że ma wysokie pH).
Naukowcy wykonali pomiary fosforu w jeziorach sodowanych na całym świecie, w tym w kalifornijskich jeziorach Mono i Searles, Kenii w jeziorze Magadi i indyjskim jeziorze Lonar.
Podczas gdy stężenie fosforu zmieniało się w zależności od pory roku, te bogate w węglany jeziora miały nawet 50 000 razy więcej fosforu niż w wodzie morskiej, rzekach i innych rodzajach jezior, według Tonera i badacza, Davida Catlinga, profesora Ziemi i przestrzeni kosmicznej nauki na University of Washington.
Te wysokie stężenia sugerują, że naturalny proces pozwolił na gromadzenie się fosforu w tych jeziorach, twierdzą naukowcy. Trudno było jednak eksperymentować na samych jeziorach, ponieważ żyją w nich wspaniałe zwierzęta, które wpływają na skład chemiczny każdego jeziora. Na przykład afrykańskie jezioro Magadi jest domem dla słynnego stada flamingów.
Aby zrozumieć, w jaki sposób martwe jezioro może ożywić życie, naukowcy eksperymentowali na wodzie bogatej w węglany w butelkach.
Zespół zauważył, że ze względu na zawartość węglanów jeziora sodowe mają wysoki poziom fosforu. Zwykle wapń w jeziorach wiąże się z fosforem, tworząc stałe minerały fosforanu wapnia, które sprawiają, że ich minerały składowe są niedostępne dla życia. Ale w jeziorach o wysokim poziomie węglanu węglan przewyższa fosforany pod względem wiązania z wapniem. W rezultacie część fosforanu jest swobodnie dostępna w wodzie, zgodnie z eksperymentami przeprowadzonymi przez Tonera i Catlinga.
„To prosty pomysł, który jest atrakcyjny” - powiedział Toner. „Rozwiązuje problem fosforanów w elegancki i wiarygodny sposób”.
„To sezon
W porze suchej poziomy fosforanów mogą gwałtownie wzrosnąć w jeziorach sodowych, co oznacza, że poziomy tych ciał mogą być milion razy wyższe niż w wodzie morskiej.
„Niezwykle wysoki poziom fosforanów w tych jeziorach i stawach spowodowałby reakcje, które wprowadzałyby fosfor do molekularnych elementów budulcowych RNA, białek i tłuszczów, z których wszystkie były potrzebne do ożywienia życia” - powiedział Catling w oświadczeniu.
Naukowcy twierdzą, że około 4 miliardy lat temu wczesne bogate w dwutlenek węgla powietrze na Ziemi pomogłoby stworzyć takie jeziora o wysokim poziomie fosforu. Wynika to z faktu, że jeziora bogate w węglany często tworzą się tam, gdzie atmosfera ma wysoki poziom dwutlenku węgla. Ponadto dwutlenek węgla rozpuszcza się w wodzie, dzięki czemu jest bardziej kwaśny, co z kolei uwalnia fosfor ze skał.
„Wczesna Ziemia była miejscem aktywnym wulkanicznie, więc miałbyś dużo świeżej skały wulkanicznej reagującej z dwutlenkiem węgla i dostarczającej węglan i fosfor do jezior” - powiedział Toner. „Wczesna Ziemia mogła gościć wiele bogatych w węglany jezior, które miałyby wystarczająco wysokie stężenie fosforu, aby rozpocząć życie”.
Badanie to stanowi uzupełnienie innego artykułu opublikowanego przez dwóch naukowców w 2019 r., Który pokazuje, że jeziora sodowe mogą również dostarczać dużo cyjanku, substancji chemicznej, która jest śmiertelna dla ludzi, ale nie dla prymitywnych drobnoustrojów. Naukowcy twierdzą, że cyjanek mógł wspierać tworzenie aminokwasów i nukleotydów, budulców białek, DNA i RNA - w istocie kluczowych składników życia.
