צורות החיים הראשונות בכדור הארץ היו זקוקות לפלטת pu pu של רכיבים כדי להתקיים, אך אחד מאותם מרכיבים, הזרחן המינרלי, תמה מדענים מזה זמן רב. איש לא ידע כיצד זרחן, אחד מששת היסודות הכימיים העיקריים בחיים, נעשה בשפע על כדור הארץ הקדום בכדי שהחיים יתפרצו.
כעת, לחוקרים אולי התשובה; אגמים ששגשגו במקומות יבשים בראשית כדור הארץ מילאו ככל הנראה תפקיד מפתח באספקת זרחן, כך כתבו החוקרים במחקר חדש שפורסם ב -30 בדצמבר בכתב העת Proceedings of the National Academy of Sciences.
הממצא מסביר כיצד מינרל נדיר זה נעשה בשפע במרק הקדמוני של כדור הארץ. במלים אחרות, זה עוזר למדענים להבין כיצד סביר להניח שחיים התעוררו. בהצהרה נמסר כי "במשך 50 שנה, מה שמכונה 'בעיית הפוספט', מחקרים על מקור החיים".
זרחן הוא קריטי לחיים כפי שאנו מכירים אותם. המינרל מסייע ביצירת עמוד השדרה של מולקולות ה- DNA והמ RNA; עוגנים ליפידים או שומנים המפרידים בין תאים לסביבה הסובבת אותם; ועוזר לספק אנרגיית חיים, המשמש כמרכיב העיקרי במולקולות כמו אדנוזין טריפוספט, או ATP.
כדי לחקור את "בעיית הפוספטים", החוקרים במחקר החדש בדקו אגמים עשירים בקרבונט, שנמצאים בסביבות יבשות. אגמים אלה, המכונים גם אגמי סודה, נוצרים כאשר מים מהנוף שמסביב זורמים לשקע. האידוי הופך את מי האגם למלוחים ובסיסיים (כלומר, יש להם pH גבוה).
החוקרים ביצעו מדידות זרחן באגמי סודה בכל רחבי העולם, כולל באגמי מונו וסירלס בקליפורניה, אגם מגדי של קניה, ואגם לונר ההודי.
בעוד שריכוזי הזרחן השתנו לפי עונות השנה, אגמים עתירי פחמתי אלה היו פי 50,000 יותר בזרחן מכפי שנמצא במי ים, נהרות וסוגים אחרים של אגמים, כך טוען טונר והחוקר המחקר דייוויד קטינג, פרופסור לכדור הארץ והחלל. מדעים באוניברסיטת וושינגטון.
החוקרים אמרו כי הריכוזים הגבוהים הללו הציעו כי תהליך טבעי מאפשר להצטבר בזרחן באגמים אלה. עם זאת, קשה היה להתנסות באגמים עצמם, מכיוון שהם מארחים מערך נהדר של בעלי חיים המשפיעים על ההרכב הכימי של כל אגם. אגם מגדי באפריקה, למשל, הוא בית להקת פלמינגו מפורסמת.
כדי להבין כיצד אגם חסר חיים יכול להצמיח חיים ניסו החוקרים מים עשירים בפחמימות בבקבוקים.
הצוות ציין כי בגלל תכולת הקרבונט שלהם, לאגמי סודה יש רמות זרחן גבוהות. בדרך כלל, סידן באגמים נקשר לזרחן כדי ליצור מינרלים מוצקים של סידן פוספט, שהופכים את המינרלים המרכיבים שלהם לנגישים לחיים. אך באגמים עם רמות גבוהות של פחמתי, פחמתי מצטיין בזרחן בקשירה לסידן. כתוצאה מכך, חלק מהפוספט זמין בחופשיות במים, על פי ניסויים שערכו טונר וקאטלינג.
"זה רעיון פשוט, וזה הערעור שלו," אמר טונר. "זה פותר את בעיית הפוספטים בצורה אלגנטית ומתקבלת על הדעת."
זו העונה
בעונות יבשות, רמות הפוספט יכולות להתעצם באגמי סודה, כלומר בגופים אלה יכולות להיות רמות פוספט גבוהות פי מיליון מאלה במי הים.
Catling הצהיר כי "רמות הפוספט הגבוהות במיוחד באגמים ובבריכות אלו היו גורמות לתגובות שמכניסות זרחן לאבני הבניין המולקולריות של RNA, חלבונים ושומנים. כל אלה היו נחוצים בכדי לנהל את החיים".
לפני כ -4 מיליארד שנה, האוויר העשיר בפחמן דו-חמצני של כדור הארץ היה מסייע ביצירת אגמים כאלה עם רמות זרחן גבוהות, כך אמרו החוקרים. הסיבה לכך היא כי אגמים עשירים בקרבונט נוצרים לרוב במקומות בהם יש לאטמוספרות רמות גבוהות של פחמן דו חמצני. יתר על כן, הפחמן הדו-חמצני מתמוסס במים, מה שהופך אותו לחומצי יותר, מה שבתורו משחרר זרחן מסלעים.
טונר אמר כי "כדור הארץ הקדום היה מקום פעיל וולקני, ולכן היית צריך להרבה סלע וולקני טרי מגיב עם פחמן דו חמצני ומספק פחמתי וזרחן לאגמים." "כדור הארץ הקדום יכול היה לארח אגמים רבים עשירים בקרבונט, שהיו בעלי ריכוזי זרחן גבוהים מספיק כדי להתחיל את החיים."
מחקר זה משלים עבודה נוספת ששני החוקרים פרסמו בשנת 2019, ומראה כי אגמי סודה יכולים גם לספק ציאניד בשפע, כימיקל שהוא קטלני לבני אדם אך לא למיקרובים פרימיטיביים. הציאניד יכול היה לתמוך ביצירת חומצות אמינו ונוקלאוטידים, אבני הבניין של חלבונים, DNA ו- RNA - במהותם, מרכיבי המפתח בחיים, אמרו החוקרים.
