Ensimmäiset maapallon elämänmuodot tarvitsivat pu pu -vati ainesosia, mutta yksi niistä, mineraalifosfori, on jo pitkään hämmentynyt tutkijoita. Kukaan ei tiennyt, kuinka fosforista, yhdestä elämän kuudesta tärkeimmästä kemiallisesta elementistä, tuli riittävän runsaasti varhaisessa maapallossa, jotta elämä puhkesi.
Nyt tutkijoilla voi olla vastaus; järvet, jotka kukoistivat kuivissa paikoissa varhaisessa maapallossa, olivat todennäköisesti avainasemassa fosforin toimittamisessa, tutkijat kirjoittivat uudessa tutkimuksessa, joka julkaistiin 30. joulukuuta lehdessä Proceedings of the National Academy of Sciences.
Löytö selittää, kuinka tästä niukasta mineraalista tuli runsaasti maapallon alkeellisessa keitossa. Selkeämmin sanottuna se auttaa tutkijoita ymmärtämään, kuinka elämä todennäköisesti syntyi. "Fosfaatti-ongelmaksi kutsuttua 50 vuotta on tutkittu elämän alkuperää", totesi Washingtonin yliopiston maapallon ja avaruustieteiden tutkimuksen apulaisprofessori Jonathan Toner.
Fosfori on elintärkeää, koska sen tiedämme. Mineraali auttaa muodostamaan DNA- ja RNA-molekyylien rungon; ankkuroi lipidit tai rasvat, jotka erottavat solut ympäröivästä ympäristöstä; ja auttaa tarjoamaan elämän energiaa, toimien pääkomponenttina molekyyleissä, kuten adenosiinitrifosfaatti tai ATP.
"Fosfaatti-ongelman" tutkimiseksi uudessa tutkimuksessa tutkittiin karbonaattipitoisia järviä, joita on kuivissa ympäristöissä. Nämä järvet, joita kutsutaan myös soodajärviksi, muodostuvat, kun vesi ympäröivästä maisemasta virtaa masennukseen. Haihduttaminen tekee järvestä sitten suolaisen ja emäksisen (eli sen pH on korkea).
Tutkijat ottivat fosforimittauksia soodajärvissä ympäri maailmaa, mukaan lukien Kalifornian Mono- ja Searles-järvissä, Kenian Magadi -järvellä ja Intian Lonar-järvellä.
Tonerin ja tutkimuksen yhteistyötutkijan David Catlingin, maapallon ja avaruuden professorin mukaan, fosforipitoisuudet vaihtelivat vuodenaikojen mukaan, mutta näissä karbonaattipitoisissa järvissä oli jopa 50 000 kertaa enemmän fosforia kuin merivedessä, joissa ja muun tyyppisissä järvissä. tieteet Washingtonin yliopistossa.
Nämä korkeat pitoisuudet viittasivat siihen, että luonnollinen prosessi sallii fosforin kertymisen näihin järviin, tutkijat kertoivat. Itse järvissä oli kuitenkin vaikea kokeilla, koska niissä on loistava joukko eläimiä, jotka vaikuttavat kunkin järven kemialliseen koostumukseen. Esimerkiksi Afrikan Magadi-järvellä asuu kuuluisa flamingokarja.
Ymmärtääkseen, kuinka eloton järvi voisi aiheuttaa elämän, tutkijat kokeilivat karbonaattipitoista vettä pullossa.
Ryhmä totesi, että soodajärvien fosforipitoisuudet ovat korkeat niiden karbonaattipitoisuuden vuoksi. Järvien kalsium sitoutuu yleensä fosforiin muodostamaan kalsiumfosfaatin kiinteitä mineraaleja, jotka tekevät niiden sisältämistä mineraaleista pääsemättömiä elämään. Järvissä, joissa karbonaattipitoisuus on korkea, karbonaatti kilpailee fosfaatin kanssa sitoutumalla kalsiumiin. Tämän seurauksena osa fosfaatista on vapaasti saatavana vedessä Toner and Catlingin kokeiden mukaan.
"Se on suoraviivainen idea, joka on sen vetoomus", Toner sanoi. "Se ratkaisee fosfaattiongelman tyylikkäällä ja uskottavalla tavalla."
'Tämä on kausi
Kuivien vuodenaikojen aikana fosfaattipitoisuudet voivat piikkiä soodajärvissä, mikä tarkoittaa, että näiden elinten fosfaattipitoisuudet voivat olla miljoona kertaa korkeammat kuin merivedessä.
"Näiden järvien ja lampien erittäin korkeat fosfaattipitoisuudet olisivat voineet johtaa reaktioihin, jotka saattoivat fosforia RNA: n, proteiinien ja rasvojen molekyylin rakennuspalikoihin, joita kaikkia tarvittiin elämän jatkamiseksi", Catling totesi lausunnossa.
Noin 4 miljardia vuotta sitten varhainen maapallon hiilidioksidirikas ilma olisi auttanut luomaan tällaisia järviä, joilla on korkea fosforipitoisuus, tutkijat sanoivat. Tämä johtuu siitä, että karbonaattipitoisia järviä muodostuu usein siellä, missä ilmakehissä on korkea hiilidioksidipitoisuus. Lisäksi hiilidioksidi liukenee veteen, jolloin se muuttuu happamaksi, mikä puolestaan vapauttaa fosforia kivistä.
"Varhainen maa oli vulkaanisesti aktiivinen paikka, joten sinulla olisi ollut paljon tuoretta vulkaanista kiveä, joka olisi reagoinut hiilidioksidin kanssa ja toimittanut karbonaattia ja fosforia järville", Toner sanoi. "Varhaisessa maapallossa olisi voinut isännöidä monia karbonaattirikkaita järviä, joilla fosforipitoisuudet olisivat olleet riittävän korkeat elämän alkamiseksi."
Tämä tutkimus täydentää toista tutkimusta, jonka kaksi tutkijaa julkaisi vuonna 2019, ja se osoittaa, että soodajärvet voivat toimittaa myös runsaasti syanidia, kemikaalia, joka on tappava ihmisille, mutta ei alkeellisille mikrobille. Syanidi olisi voinut tukea aminohappojen ja nukleotidien, proteiinien, DNA: n ja RNA: n muodostumista - pohjimmiltaan elämän keskeisiä ainesosia, tutkijat sanoivat.
