De første livsformene på jorden trengte en pu pu-plate med ingredienser for å eksistere, men en av disse ingrediensene, mineralet fosfor, har lenge undret forskere. Ingen visste hvordan fosfor, en av de seks viktigste kjemiske elementene i livet, ble rikelig nok på den tidlige jord til at livet kunne briste ut.
Nå kan forskere ha svaret; innsjøer som trivdes på tørre steder på den tidlige jorda spilte sannsynligvis en nøkkelrolle i tilførsel av fosfor, skrev forskere i en ny studie publisert 30. desember i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences.
Funnet forklarer hvordan dette knappe mineralet ble rikelig i jordens urte suppe. Forenklet sagt hjelper det forskere å forstå hvordan livet sannsynligvis oppsto. I 50 år har det som kalles 'fosfatproblemet' plaget studier om livets opprinnelse, 'sa medforsker Jonathan Toner, forskningsassistent i jord- og romfag ved University of Washington, i en uttalelse.
Fosfor er avgjørende for livet slik vi kjenner det. Mineralet hjelper til med å danne ryggraden i DNA og RNA-molekyler; forankrer lipider eller fett som skiller celler fra miljøet rundt dem; og hjelper til med å tilveiebringe livsenergi, som tjener som hovedkomponenten i molekyler som adenosintrifosfat eller ATP.
For å undersøke "fosfatproblemet", så forskerne i den nye studien på karbonatrike innsjøer, som finnes i tørre miljøer. Disse innsjøene, også kjent som brus innsjøer, dannes når vann fra det omkringliggende landskapet strømmer inn i en depresjon. Fordamping gjør deretter vannet salt og alkalisk (noe som betyr at det har en høy pH).
Forskerne tok fosformålinger i brusjøer over hele verden, inkludert i Californias innsjøer Mono og Searles, Kenyas innsjø Magadi og Indias Lonar-innsjø.
Mens fosforkonsentrasjonene varierte etter årstid, hadde disse karbonatrike innsjøene opptil 50 000 ganger mer fosfor enn det som finnes i sjøvann, elver og andre typer innsjøer, ifølge Toner og studere medforsker David Catling, professor i jord og rom vitenskaper ved University of Washington.
Disse høye konsentrasjonene antydet at en naturlig prosess tillot fosfor å samle seg i disse innsjøene, sa forskerne. Imidlertid var det vanskelig å eksperimentere på sjøene selv, fordi de har et fantastisk utvalg av dyr som påvirker den kjemiske sammensetningen av hver innsjø. Afrikas Magadi-innsjø, for eksempel, er hjem til en berømt flokk flamingoer.
For å forstå hvordan en livløs innsjø kunne gi liv, eksperimenterte forskerne på karbonatrikt vann på flasker.
Teamet bemerket at brusjøen på grunn av karbonatinnholdet har høye fosfornivåer. Normalt binder kalsium i innsjøer seg til fosfor for å gjøre faste mineraler av kalsiumfosfat, som gjør at deres bestanddeler er utilgjengelige for livet. Men i innsjøer med høye karbonatnivåer utkonkurrerer karbonat fosfat når det binder seg til kalsium. Som et resultat er noe av fosfatet fritt tilgjengelig i vannet, ifølge eksperimenter gjort av Toner og Catling.
"Det er en grei idé, som er appellen til den," sa Toner. "Det løser fosfatproblemet på en elegant og plausibel måte."
Det er sesongen
I tørre årstider kan fosfatnivåene øke i sodavannet, noe som betyr at disse kroppene kan ha fosfatnivåer 1 million ganger høyere enn i sjøvann.
"De ekstremt høye fosfatnivåene i disse innsjøene og dammer ville ha drevet reaksjoner som satte fosfor inn i de molekylære byggesteinene til RNA, proteiner og fett, som alle var nødvendige for å få liv i gang," sa Catling i uttalelsen.
For rundt 4 milliarder år siden ville den tidlige jordens karbondioksydrike luft bidratt til å skape slike innsjøer med høyt fosfornivå, sier forskerne. Det er fordi karbonatrike innsjøer ofte dannes der atmosfærene har høye karbondioksydnivåer. Videre løses karbondioksid opp i vann, noe som gjør det surere, noe som igjen frigjør fosfor fra bergarter.
"Den tidlige jorden var et vulkansk aktivt sted, så du ville ha hatt mye frisk vulkansk bergart som reagerte med karbondioksid og tilførte karbonat og fosfor til innsjøer," sa Toner. "Den tidlige jorda kunne ha vært vertskap for mange karbonatrike innsjøer, som ville hatt høye nok fosforkonsentrasjoner til å få livet i gang."
Denne studien utfyller en annen artikkel de to forskerne publiserte i 2019, som viser at brusjøer også kan levere rikelig cyanid, et kjemikalie som er livsfarlig for mennesker, men ikke til primitive mikrober. Cyanid kunne ha støttet dannelsen av aminosyrer og nukleotider, byggesteinene til proteiner, DNA og RNA - i hovedsak de viktigste ingrediensene i livet, sa forskerne.
