De første livsformer på Jorden havde brug for en pu pu-plade med ingredienser for at eksistere, men en af disse ingredienser, mineralet fosfor, har længe forundret forskere. Ingen vidste, hvordan fosfor, et af de seks vigtigste kemiske elementer i livet, blev rigeligt nok på den tidlige jord til at livet kunne briste frem.
Nu kan forskere have svaret; søer, der trivedes på tørre steder på den tidlige jord, spillede sandsynligvis en nøglerolle i forsyningen af fosfor, skrev forskere i en ny undersøgelse, der blev offentliggjort 30. december i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences.
Fundet forklarer, hvordan dette knappe mineral blev rigeligt i Jordens primære suppe. Mere klart forklarer det, at det hjælper forskere med at forstå, hvordan livet sandsynligvis opstod. "I 50 år har det, der kaldes 'fosfatproblemet', plaget undersøgelser af livets oprindelse," siger en medforsker Jonathan Toner, en forskningsassistent i jord- og rumvidenskab ved University of Washington, i en erklæring.
Fosfor er afgørende for livet, som vi kender det. Mineralet hjælper med at danne rygraden i DNA- og RNA-molekyler; forankrer lipider eller fedtstoffer, der adskiller celler fra miljøet omkring dem; og hjælper med at tilvejebringe livsenergi, der tjener som hovedkomponenten i molekyler såsom adenosintriphosphat eller ATP.
For at undersøge "fosfatproblemet" kiggede forskerne i den nye undersøgelse på karbonatrige søer, som findes i tørre miljøer. Disse søer, også kendt som sodasøer, dannes, når vand fra det omgivende landskab flyder ind i en depression. Fordampning gør derefter søvandet salt og alkalisk (hvilket betyder, at det har en høj pH).
Forskerne foretog fosformålinger i sodavandssøer overalt i verden, inklusive i Californiens søer i Mono og Searles, Kenyas sø Magadi og Indiens Lonar-sø.
Mens fosforkoncentrationerne varierede efter sæson, havde disse karbonatrige søer op til 50.000 gange mere fosfor end der findes i havvand, floder og andre typer søer, ifølge Toner og studere medforsker David Catling, en professor i Jorden og rummet videnskaber ved University of Washington.
Disse høje koncentrationer antydede, at en naturlig proces gjorde det muligt for ophobning af fosfor i disse søer, sagde forskerne. Det var imidlertid svært at eksperimentere på selve søerne, fordi de er vært for et pragtfuldt udvalg af dyr, der påvirker den kemiske sammensætning af hver sø. Afrikas Magadi-sø, for eksempel, er hjemsted for en berømt flamme flamingoer.
For at forstå, hvordan en livløs sø kunne give anledning til liv, eksperimenterede forskerne med carbonatrigt vand på flasker.
Holdet bemærkede, at sodavand på grund af deres karbonatindhold har høje fosforniveauer. Normalt binder calcium i søerne sig til fosfor for at gøre faste mineraler af calciumphosphat, der gør deres bestanddele mineraler utilgængelige for livet. Men i søer med høje carbonatniveauer udskiller karbonat fosfat i binding til calcium. Som et resultat er noget af fosfatet frit tilgængeligt i vandet ifølge eksperimenter udført af Toner og Catling.
"Det er en ligetil idé, som er dens appel," sagde Toner. "Det løser fosfatproblemet på en elegant og plausibel måde."
Det er sæsonen
I tørre sæsoner kan fosfatniveauer spikes i sodavand, hvilket betyder, at disse kroppe kan have fosfatniveauer, der er 1 million gange højere end i havvand.
"De ekstremt høje fosfatniveauer i disse søer og damme ville have drevet reaktioner, der satte fosfor i de molekylære byggesten af RNA, proteiner og fedt, som alle var nødvendige for at få livet i gang," sagde Catling i erklæringen.
For omkring 4 milliarder år siden ville den tidlige Jordens kuldioxidrige luft have bidraget til at skabe sådanne søer med høje fosforniveauer, sagde forskerne. Det skyldes, at karbonatrige søer ofte dannes, hvor atmosfærerne har høje kuldioxidniveauer. Desuden opløses kuldioxid i vand, hvilket gør det surere, hvilket igen frigiver fosfor fra klipper.
"Den tidlige jord var et vulkansk aktivt sted, så du ville have haft masser af frisk vulkansk sten, der reagerede med kuldioxid og forsynede karbonat og fosfor til søer," sagde Toner. "Den tidlige jord kunne have vært vært for mange karbonatrige søer, som ville have haft høje nok fosforkoncentrationer til at få livet i gang."
Denne undersøgelse supplerer et andet dokument, som de to forskere offentliggjorde i 2019, og som viser, at sodavandene også kan levere rigelig cyanid, et kemikalie, der er dødbringende for mennesker, men ikke til primitive mikrober. Cyanid kunne have støttet dannelsen af aminosyrer og nukleotider, byggestenene til proteiner, DNA og RNA - i det væsentlige de vigtigste ingredienser i livet, sagde forskerne.
