Havvand kunne have givet fosfor, der kræves til nye liv

Problemet med, hvordan fosfor blev en universel ingrediens for liv på Jorden, kan være blevet løst af forskere fra University of Cambridge og University of Cape Town, som har genskabt oprindeligt havvand indeholdende grundstoffet i laboratoriet.

Deres resultater, offentliggjort i tidsskriftet Nature Communications , viser, at havvand kan være den manglende kilde til fosfat, hvilket betyder, at det kunne have været tilgængeligt i stor nok skala for livet uden at kræve særlige miljøforhold.

"Dette kan virkelig ændre, hvordan vi tænker om de miljøer, hvor livet først opstod," sagde medforfatter professor Nick Tosca fra Cambridges Institut for Jordvidenskab.

Undersøgelsen, som blev ledet af Matthew Brady, ph.d. studerende fra Cambridges Department of Earth Sciences, viser, at tidligt havvand kunne have holdt tusind til ti tusind gange mere fosfat end tidligere anslået - så længe vandet indeholdt en masse jern.

Fosfat er en væsentlig ingrediens i at skabe livets byggesten – danner en nøglekomponent i DNA og RNA – men det er et af de mindst udbredte elementer i kosmos i forhold til dets biologiske betydning. Når fosfat er i sin mineralske form, er det også relativt utilgængeligt - det kan være svært at opløse i vand, så livet kan bruge det.

Forskere har længe haft mistanke om, at fosfor tidligt blev en del af biologien, men de er først for nylig begyndt at anerkende fosfats rolle i at styre syntesen af ​​molekyler, der kræves af livet på Jorden. "Eksperimenter viser, at det får fantastiske ting til at ske - kemikere kan syntetisere vigtige biomolekyler, hvis der er meget fosfat i opløsning," sagde Tosca.

Men det præcise miljø, der skal til for at producere fosfat, har været et diskussionsemne. Nogle undersøgelser har antydet, at når jern er rigeligt, så burde fosfat faktisk være endnu mindre tilgængelig for liv. Dette er dog kontroversielt, fordi Jorden tidligt ville have haft en iltfattig atmosfære, hvor jern ville have været udbredt.

For at forstå, hvordan livet kom til at afhænge af fosfat, og hvilken slags miljø dette element ville have dannet sig i, udførte de geokemiske modeller for at genskabe tidlige forhold på Jorden.

"Det er spændende at se, hvordan simple eksperimenter i en flaske kan vælte vores tankegang om de forhold, der var til stede på den tidlige Jord," sagde Brady.

I laboratoriet fremstillede de havvand med den samme kemi, som menes at have eksisteret i Jordens tidlige historie. De kørte også deres eksperimenter i en atmosfære udsultet af ilt, ligesom på den gamle Jord.

Holdets resultater tyder på, at havvand i sig selv kunne have været en vigtig kilde til dette væsentlige element.

"Dette betyder ikke nødvendigvis, at livet på Jorden startede i havvand," sagde Tosca, "Det åbner op for en masse muligheder for, hvordan havvand kunne have tilført fosfat til forskellige miljøer - for eksempel søer, laguner eller kyster, hvor havsprøjtning kunne have ført fosfaten til land."

Tidligere havde forskere fundet på en række måder at generere fosfat på, nogle teorier, der involverede særlige miljøer såsom sure vulkanske kilder eller alkaliske søer, og sjældne mineraler, der kun findes i meteoritter.

"Vi havde en anelse om, at jern var nøglen til fosfatopløselighed, men der var bare ikke nok data," sagde Tosca. Ideen til holdets eksperimenter kom, da de så på vand, der bader sedimenter aflejret i den moderne Østersø. "Det er usædvanligt, fordi det er højt i både fosfat og jern - vi begyndte at spekulere på, hvad der var så anderledes ved de særlige farvande."

I deres eksperimenter tilføjede forskerne forskellige mængder jern til en række syntetiske havvandsprøver og testede, hvor meget fosfor det kunne indeholde, før krystaller blev dannet og mineraler adskilt fra væsken. De byggede derefter disse datapunkter ind i en model, der kunne forudsige, hvor meget fosfat gammelt havvand kunne indeholde.

Østersøens porevand leverede et sæt moderne prøver, som de brugte til at teste deres model. "Vi kunne gengive den usædvanlige vandkemi perfekt," sagde Tosca. Derfra fortsatte de med at udforske havvandets kemi, før der var nogen biologi.

Resultaterne har også implikationer for forskere, der forsøger at forstå mulighederne for liv hinsides Jorden. "Hvis jern hjælper med at sætte mere fosfat i opløsning, så kan dette have relevans for tidlig Mars," sagde Tosca.

Beviser for vand på det gamle Mars er rigeligt, inklusive gamle flodsenge og oversvømmelsesaflejringer, og vi ved også, at der var meget jern ved overfladen, og atmosfæren til tider var iltfattig, sagde Tosca.

Deres simuleringer af overfladevand, der filtrerer gennem klipper på Mars-overfladen, tyder på, at jernrigt vand også kunne have leveret fosfater i dette miljø.

"Det bliver fascinerende at se, hvordan samfundet bruger vores resultater til at udforske nye, alternative veje for udviklingen af ​​liv på vores planet og videre," sagde Brady. + Udforsk yderligere

Liv kunne være opstået fra søer med højt fosforindhold