كانت أشكال الحياة الأولى على الأرض بحاجة إلى طبق من مكونات بو بو ، ولكن أحد هذه المكونات ، الفوسفور المعدني ، حير العلماء منذ فترة طويلة. لم يكن أحد يعرف كيف أصبح الفوسفور ، وهو أحد العناصر الكيميائية الرئيسية الستة في الحياة ، وفيرًا بما يكفي على الأرض المبكرة حتى تنفجر الحياة.
الآن ، قد يكون لدى الباحثين الجواب ؛ كتب باحثون في دراسة جديدة نُشرت في 30 ديسمبر في مجلة Proceedings of the National Academy of Sciences ، أن البحيرات التي ازدهرت في أماكن جافة في وقت مبكر من الأرض لعبت دورًا رئيسيًا في توفير الفوسفور.
يشرح هذا الاكتشاف كيف أصبح هذا المعدن الشحيح وفيرًا في حساء الأرض البدائي. بصراحة أكثر ، يساعد العلماء على فهم كيف نشأت الحياة. وقال الباحث المشارك في الدراسة جوناثان تونر ، الأستاذ المساعد باحث علوم الأرض والفضاء في جامعة واشنطن ، في بيان: "على مدى 50 عامًا ، فإن ما يسمى بـ" مشكلة الفوسفات "، ابتليت بدراسات حول أصل الحياة".
الفوسفور مهم للحياة كما نعرفها. يساعد المعدن على تكوين العمود الفقري لجزيئات DNA و RNA. مثبتات الدهون أو الدهون التي تفصل الخلايا عن البيئة المحيطة بها ؛ ويساعد على توفير طاقة الحياة ، حيث يعمل كمكون رئيسي في الجزيئات مثل الأدينوزين ثلاثي الفوسفات أو ATP.
للتحقيق في "مشكلة الفوسفات" ، بحث الباحثون في الدراسة الجديدة في البحيرات الغنية بالكربونات الموجودة في البيئات الجافة. تتشكل هذه البحيرات ، المعروفة أيضًا باسم بحيرات الصودا ، عندما تتدفق المياه من المناظر الطبيعية المحيطة إلى منخفض. ثم يقوم التبخر بتحويل مياه البحيرة المالحة والقلوية (بمعنى أنها تحتوي على درجة حموضة عالية).
أخذ الباحثون قياسات الفوسفور في بحيرات الصودا في جميع أنحاء العالم ، بما في ذلك بحيرات مونو وسيرليس بكاليفورنيا وبحيرة ماغادي الكينية وبحيرة لونار الهندية.
في حين أن تركيزات الفوسفور تختلف حسب الموسم ، فإن هذه البحيرات الغنية بالكربونات تحتوي على ما يصل إلى 50000 مرة من الفوسفور أكثر مما توجد في مياه البحر والأنهار وأنواع أخرى من البحيرات ، وفقًا لتونر والباحث المشارك في الدراسة ديفيد كاتلينج ، أستاذ الأرض والفضاء علوم في جامعة واشنطن.
وقال الباحثون إن هذه التركيزات العالية تشير إلى أن العملية الطبيعية سمحت بتراكم الفوسفور في هذه البحيرات. ومع ذلك ، كان من الصعب تجربة البحيرات نفسها ، لأنها تستضيف مجموعة رائعة من الحيوانات التي تؤثر على التركيب الكيميائي لكل بحيرة. على سبيل المثال ، تعد بحيرة ماجادي الإفريقية موطنًا لقطيع من طيور النحام المشهورة.
لفهم كيف يمكن للبحيرة التي لا حياة لها أن تنبض بالحياة ، جرب الباحثون المياه الغنية بالكربونات في زجاجات.
لاحظ الفريق أنه بسبب محتواها من الكربونات ، فإن بحيرات الصودا بها مستويات عالية من الفوسفور. عادة ، يرتبط الكالسيوم في البحيرات بالفوسفور لجعل المعادن الصلبة من فوسفات الكالسيوم ، والتي تجعل المعادن المكونة لها غير قابلة للوصول إلى الحياة. ولكن في البحيرات التي تحتوي على مستويات عالية من الكربونات ، تتفوق الكربونات على الفوسفات في الارتباط بالكالسيوم. ونتيجة لذلك ، فإن بعضًا من الفوسفات متاح مجانًا في الماء ، وفقًا للتجارب التي أجراها Toner و Catling.
قال تونر "إنها فكرة مباشرة ، وهي جاذبيتها". "إنه يحل مشكلة الفوسفات بطريقة أنيقة ومعقولة."
تيس الموسم
خلال مواسم الجفاف ، يمكن أن ترتفع مستويات الفوسفات في بحيرات الصودا ، مما يعني أن هذه الأجسام يمكن أن تحتوي على مستويات فوسفات أعلى بمليون مرة من تلك الموجودة في مياه البحر.
وقال كاتلينج في البيان "إن مستويات الفوسفات العالية للغاية في هذه البحيرات والبرك كانت ستدفع التفاعلات التي تضع الفوسفور في كتل البناء الجزيئي للرنا والبروتينات والدهون ، وكلها ضرورية لاستمرار الحياة".
وقال الباحثون إنه قبل نحو 4 مليارات عام ، كان من الممكن أن يساعد الهواء الغني بثاني أكسيد الكربون في الأرض المبكرة على إنشاء مثل هذه البحيرات ذات مستويات عالية من الفوسفور. ذلك لأن البحيرات الغنية بالكربونات غالبًا ما تتكون حيث تحتوي الأجواء على مستويات عالية من ثاني أكسيد الكربون. علاوة على ذلك ، يذوب ثاني أكسيد الكربون في الماء ، مما يجعله أكثر حمضية ، والذي بدوره يطلق الفوسفور من الصخور.
وقال تونر "إن الأرض المبكرة كانت مكانًا نشطًا بركانيًا ، لذلك كان لديك الكثير من الصخور البركانية الطازجة التي تتفاعل مع ثاني أكسيد الكربون وتزويد الكربونات والفوسفور للبحيرات". "كان من الممكن أن تستضيف الأرض المبكرة العديد من البحيرات الغنية بالكربونات ، والتي كان يمكن أن تحتوي على تركيزات عالية من الفوسفور لبدء الحياة".
تكمل هذه الدراسة ورقة أخرى نشرها الباحثان في عام 2019 ، والتي تُظهر أن بحيرات الصودا يمكنها أيضًا توفير سيانيد وافر ، وهي مادة كيميائية مميتة للبشر ولكن ليس للميكروبات البدائية. قال الباحثون إن السيانيد كان يمكن أن يدعم تكوين الأحماض الأمينية والنيوكليوتيدات ، وكتل البناء للبروتينات ، والحمض النووي والحمض النووي الريبي - في جوهرها ، المكونات الرئيسية للحياة.
