Первым формам жизни на Земле требовалось огромное количество ингредиентов, но один из этих компонентов, минеральный фосфор, давно озадачил ученых. Никто не знал, как фосфор, один из шести основных химических элементов жизни, стал достаточно обильным на ранней Земле, чтобы жизнь взорвалась.
Теперь у исследователей может быть ответ; Озера, которые процветали в засушливых местах на ранней Земле, вероятно, играли ключевую роль в снабжении фосфором, исследователи написали в новом исследовании, опубликованном 30 декабря в журнале Proceedings Национальной академии наук.
Открытие объясняет, как этот дефицитный минерал стал в изобилии в исконном супе Земли. Проще говоря, это помогает ученым понять, как возникла жизнь. «В течение 50 лет то, что называется« проблемой фосфатов », мешало изучению происхождения жизни», - говорится в заявлении научного сотрудника профессора по науке о Земле и космических науках в Университете Вашингтона Джонатана Тонера.
Фосфор имеет решающее значение для жизни, как мы его знаем. Минерал помогает сформировать основу молекул ДНК и РНК; закрепляет липиды или жиры, которые отделяют клетки от окружающей их среды; и помогает обеспечить жизненную энергию, выступая в качестве основного компонента в молекулах, таких как аденозинтрифосфат или АТФ.
Чтобы исследовать «проблему фосфатов», исследователи в новом исследовании рассмотрели богатые карбонатами озера, которые встречаются в сухих условиях. Эти озера, также известные как содовые, образуются, когда вода из окружающего ландшафта впадает в депрессию. После испарения вода в озере становится соленой и щелочной (что означает, что она имеет высокий pH).
Исследователи проводили измерения фосфора в содовых озерах по всему миру, в том числе в калифорнийских озерах Моно и Сирлс, кенийском озере Магади и индийском озере Лонар.
В то время как концентрации фосфора варьировались в зависимости от сезона, в этих богатых карбонатом озерах было в 50 000 раз больше фосфора, чем в морской воде, реках и других типах озер, согласно Тонеру и соавтору исследования Дэвиду Кэтлингу, профессору Земли и космоса. наук в университете Вашингтона.
Исследователи утверждают, что эти высокие концентрации позволяют предположить, что естественный процесс позволил аккумулировать фосфор в этих озерах. Тем не менее, было трудно экспериментировать на самих озерах, потому что они содержат множество животных, которые влияют на химический состав каждого озера. Например, африканское озеро Магади является домом для знаменитой стаи фламинго.
Чтобы понять, как безжизненное озеро может привести к жизни, исследователи экспериментировали с водой, богатой карбонатом в бутылках.
Команда отметила, что из-за содержания в них карбоната содовые озера имеют высокий уровень фосфора. Обычно в озерах кальций связывается с фосфором, образуя твердые минералы из фосфата кальция, которые делают их составляющие недоступными для жизни. Но в озерах с высоким уровнем карбоната карбонат превосходит фосфат в связывании с кальцием. В результате часть фосфата находится в свободном доступе в воде, согласно экспериментам, проведенным Тонером и Катлингом.
«Это простая идея, которая является ее привлекательностью», - сказал Тонер. «Это решает проблему фосфатов элегантным и правдоподобным способом».
«Это сезон
В сухое время года уровень содержания фосфатов в содовых озерах может резко возрасти, а это значит, что в этих телах уровень фосфатов может быть в 1 миллион раз выше, чем в морской воде.
«Чрезвычайно высокий уровень фосфатов в этих озерах и прудах привел бы к реакциям, которые помещают фосфор в молекулярные строительные блоки РНК, белков и жиров, и все это необходимо для жизнедеятельности», - сказал Кэтлинг в заявлении.
Исследователи утверждают, что около 4 миллиардов лет назад богатый углекислым газом воздух на ранней Земле помог бы создать такие озера с высоким уровнем фосфора. Это связано с тем, что богатые карбонатом озера часто образуются там, где в атмосфере высокий уровень углекислого газа. Кроме того, углекислый газ растворяется в воде, делая ее более кислой, что, в свою очередь, выделяет фосфор из горных пород.
«Ранняя Земля была вулканически активным местом, поэтому у вас было бы много свежей вулканической породы, реагирующей с углекислым газом и снабжающей озера карбонатом и фосфором», - сказал Тонер. «На ранней Земле могло быть много богатых карбонатами озер, в которых концентрация фосфора была бы достаточно высокой, чтобы начать жизнь».
Это исследование дополняет еще один документ, опубликованный двумя исследователями в 2019 году, в котором показано, что содовые озера могут также поставлять достаточное количество цианида, химического вещества, которое смертельно для человека, но не для примитивных микробов. Исследователи утверждают, что цианид мог бы способствовать образованию аминокислот и нуклеотидов, строительных блоков белков, ДНК и РНК - по сути, ключевых компонентов жизни.
