В течение 50 лет то, что называется «проблемой фосфатов», мешало изучению происхождения жизни.
Жизнь, как мы знаем, требует фосфора. Будучи одним из шести основных химических элементов жизни, он образует основу молекул ДНК и РНК. Но откуда взялся этот элемент на безжизненной ранней Земле?
«В течение 50 лет то, что называется «проблемой фосфатов», мешало изучению происхождения жизни», – рассказывает Джонатан Тонер, ведущий автор исследования из Вашингтонского университета (США).
Суть этой проблемы заключается в отсутствии необходимого количества фосфора, требуемого для химических реакций, которые лежат в основе строительных блоков живых организмов. Однако исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, находит решение в некоторых типах озер.
Африканской зоне разломов среди вулканических пород, из которых вытекают горячие соленые источники. Credit: Shutterstock
Команда ученых сосредоточилась на богатых карбонатом озерах, которые образуются в сухих условиях во впадинах, собирающих воду из окружающего ландшафта. Из-за быстрого испарения воды в озере концентрируются щелочные растворы с высоким pH. Такие содовые озера встречаются на всех семи континентах.
Измерив содержание фосфора в существующих богатых карбонатом озерах, в том числе в озере Моно в США, озере Магади в Кении и озере Лонар в Индии, исследователи обнаружили, что в водоемах, богатых карбонатом, уровень фосфора в 50 000 раз выше, чем в морской воде, реках и других типах озер. Значительные концентрации указывают на существование некоторого общего, естественного механизма, который накапливает в них фосфор.
Озеро Моно в Восточной Калифорнии не имеет оттока, что позволяет солям накапливаться. Высокий уровень солей в этом богатом карбонатом озере провоцирует формирование столбов. Credit: Matthew Dillon/Flickr
Следующим этапом стали лабораторные эксперименты с бутылками богатой карбонатом воды с различным химическим составом, позволившие установить, как озера накапливают фосфор и как его высокие концентрации могут попасть в безжизненную среду.
Ответ на первый вопрос заключается в содержании карбонатов. В большинстве озер кальций, который гораздо более распространен на Земле, связывает фосфор, образуя твердые минералы фосфата кальция, к которым жизнь не может получить доступ. Но в изученных водах карбонат количественно превосходит фосфат, объединяясь с кальцием и оставляя часть фосфатов свободными, что и было подтверждено в лаборатории.
«Мы нашли элегантное и правдоподобное решение проблемы фосфатов», – считает Джонатан Тонер.
Концентрация фосфора может подняться еще выше, до уровня, превышающего в миллион раз уровень морской воды. В засушливые сезоны, когда воды озера испаряются, доля фосфатов вдоль береговой линии или в бассейнах, отделенных от основной части озера, резко повышается.
«Чрезвычайно высокий уровень фосфатов в этих озерах и прудах привел бы к реакциям, которые превращали фосфор в молекулярные строительные блоки РНК, белков и жиров, необходимых для развития жизни», – объясняет Дэвид Кэтлинг, соавтор исследования из Вашингтонского университета.
Озера, богатые карбонатами, имеют тенденцию образовываться в атмосфере с высоким содержанием углекислого газа. Наполненный им воздух на ранней Земле был бы идеальным для создания таких водоемов и позволил бы им достичь максимального уровня фосфора. Кроме того, диоксид углерода растворяется в воде, создавая кислотные условия, которые эффективно выделяют фосфор из горных пород.
«Ранняя Земля была вулканически активна с избытком свежей магмы, реагирующей с углекислым газом и снабжающей озера карбонатом и фосфором. Около четырех миллиардов лет назад здесь могло быть много богатых карбонатами озер, в которых концентрация фосфора была бы достаточно высокой для зарождения жизни», – заключил Джоннатан Тонер.
По информации https://in-space.ru/obnaruzhen-veroyatnyj-istochnik-zhizni-na-zemle/
