Livet kunne være opstået fra søer med højt fosforindhold

Livet, som vi kender det, kræver fosfor. Det er en af ​​de seks vigtigste kemiske elementer i livet, det danner rygraden i DNA- og RNA -molekyler, fungerer som hovedvaluta for energi i alle celler og forankrer lipiderne, der adskiller celler fra deres omgivende miljø.

Men hvordan leverede et livløst miljø på den tidlige jord denne centrale ingrediens?

"I 50 år, hvad kaldes 'fosfatproblemet, 'har plaget undersøgelser af livets oprindelse, "sagde første forfatter Jonathan Toner, en forskningsassistent professor i jord- og rumvidenskab ved University of Washington.

Problemet er, at kemiske reaktioner, der gør byggestenene til levende ting, har brug for meget fosfor, men fosfor er mangelvare. Et nyt UW -studie, offentliggjort 30. december i Procedurer fra National Academy of Sciences , finder et svar på dette problem i visse typer søer.

Undersøgelsen fokuserer på karbonatrige søer, som dannes i tørre miljøer inden for fordybninger, der fører vand, der dræner fra det omgivende landskab. På grund af høje fordampningshastigheder, søvandene koncentreres til salt og alkalisk, eller høj pH, løsninger. Sådanne søer, også kendt som alkaliske eller sodavandssøer, findes på alle syv kontinenter.

Forskerne kiggede først på fosformålinger i eksisterende carbonatrige søer, herunder Mono Lake i Californien, Lake Magadi i Kenya og Lonar Lake i Indien.

Mens den nøjagtige koncentration afhænger af, hvor prøverne blev taget og i hvilken sæson, forskerne fandt ud af, at karbonatrige søer har op til 50, 000 gange fosforniveauer fundet i havvand, floder og andre typer søer. Sådanne høje koncentrationer peger på eksistensen af ​​nogle almindelige, naturlig mekanisme, der akkumulerer fosfor i disse søer.

I dag er disse karbonatrige søer biologisk rige og understøtter liv lige fra mikrober til Magadisøens berømte flokke af flamingoer. Disse levende ting påvirker søens kemi. Så forskere lavede laboratorieeksperimenter med flasker kulsyreholdigt vand ved forskellige kemiske sammensætninger for at forstå, hvordan søerne akkumulerer fosfor, og hvor høje fosforkoncentrationer kunne blive i et livløst miljø.

Grunden til at disse farvande har højt fosfor er deres carbonatindhold. I de fleste søer, kalk, som er meget mere rigelig på Jorden, binder sig til fosfor for at danne solide calciumphosphatmineraler, som livet ikke kan få adgang til. Men i kulsyreholdige farvande, carbonatet udkonkurrerer fosfat for at binde til calcium, efterlader noget af fosfatet uafhængigt. Laboratorietests, der kombinerede ingredienser i forskellige koncentrationer, viser, at calcium binder sig til carbonat og efterlader fosfatet frit tilgængeligt i vandet.

"Det er en ligetil idé, hvilket er dens appel, "Toner sagde." Det løser fosfatproblemet på en elegant og plausibel måde. "

Fosfatniveauer kan stige endnu højere, til en million gange niveauer i havvand, når søvand fordamper i tørre årstider, langs kyster, eller i pools adskilt fra hovedkroppen af ​​søen.

"De ekstremt høje fosfatniveauer i disse søer og damme ville have drevet reaktioner, der satte fosfor i de molekylære byggesten i RNA, proteiner, og fedtstoffer, som alle var nødvendige for at få livet i gang, "sagde medforfatter David Catling, en UW -professor i jord- og rumvidenskab.

Den kuldioxidrige luft på den tidlige jord, for omkring fire milliarder år siden, ville have været ideel til at skabe sådanne søer og lade dem nå maksimale fosforniveauer. Karbonatrige søer har en tendens til at dannes i atmosfærer med højt kuldioxid. Plus, kuldioxid opløses i vand for at skabe sure betingelser, der effektivt frigiver fosfor fra sten.

"Den tidlige jord var et vulkansk aktivt sted, så du ville have haft masser af frisk vulkansk sten, der reagerede med kuldioxid og leverede carbonat og fosfor til søer, "Toner sagde." Den tidlige jord kunne have været vært for mange carbonatrige søer, som ville have haft høje nok fosforkoncentrationer til at få livet i gang. "

En anden nylig undersøgelse af de to forfattere viste, at disse typer søer også kan give rigeligt cyanid til at understøtte dannelsen af ​​aminosyrer og nukleotider, byggestenene i proteiner, DNA og RNA. Inden da havde forskere kæmpet for at finde et naturligt miljø med nok cyanid til at understøtte livets oprindelse. Cyanid er giftigt for mennesker, men ikke til primitive mikrober, og er kritisk for den slags kemi, der let gør livets byggesten.