ربما زودت مياه البحر بالفوسفور اللازم للحياة الناشئة.
باحثون من جامعات كامبردج وكيب تاون قد حلا لغز أصل الحياة - كيف أصبح الفوسفور مكونًا أساسيًا للحياة على الأرض من خلال إعادة تكوين مياه البحر التي تعود إلى عصور ما قبل التاريخ والتي تحتوي على العنصر في المختبر.
تشير نتائجهم ، التي نُشرت في مجلة Nature Communications ، إلى أن مياه البحر قد تكون المصدر المفقود للفوسفات ، مما يشير إلى أنه كان من الممكن أن يكون موجودًا بكميات كافية لدعم الحياة دون الحاجة إلى ظروف بيئية معينة.
قال البروفيسور نيك توسكا من جامعة كامبريدج ، والذي كان أحد مؤلفي الدراسة: "يمكن أن يغير هذا حقًا طريقة تفكيرنا في البيئات التي نشأت فيها الحياة لأول مرة".
البحث الذي ترأسه جامعة كامبردج دكتوراه. يكشف الطالب ماثيو برادي ، أن مياه البحر في وقت مبكر ربما حملت 1,000-10,000 مرة من الفوسفات أكثر مما كان يعتقد سابقًا ، بشرط أن تحتوي المياه على الكثير من الحديد.
الفوسفات هو عنصر حاسم في DNA و RNA ، وهما لبنات بناء الحياة ، على الرغم من أنه أحد العناصر الأقل شيوعًا في الكون بالنسبة إلى أهميته البيولوجية. كما يتعذر الوصول إلى الفوسفات نسبيًا في شكله المعدني - فقد يكون من الصعب إذابته في الماء حتى يمكن للحياة الاستفادة منه.
لطالما اشتبه العلماء في أن الفوسفور أصبح جزءًا من علم الأحياء في وقت مبكر ، لكنهم بدأوا مؤخرًا فقط في التعرف على دور الفوسفات في توجيه تخليق الجزيئات التي تتطلبها الحياة على الأرض ، "تظهر التجارب أنه يحدث أشياء مذهلة - يمكن للكيميائيين التوليف المهم قال توسكا ، أستاذ علم المعادن وعلم البترول في قسم علوم الأرض في كامبريدج ، إن الجزيئات الحيوية إذا كان هناك الكثير من الفوسفات في المحلول.
ومع ذلك ، كان هناك جدل حول الظروف الدقيقة المطلوبة لإنتاج الفوسفات. وفقًا لبعض الأبحاث ، يجب أن يكون الفوسفات في الواقع أقل سهولة في الحياة عندما يكون الحديد وفيرًا. ومع ذلك ، فإن هذا محل خلاف لأن الغلاف الجوي للأرض في وقت مبكر كان يفتقر إلى الأكسجين وكان الحديد منتشرًا.
استخدموا النمذجة الجيوكيميائية لمحاكاة ظروف الأرض المبكرة من أجل فهم كيف أصبحت الحياة تعتمد على الفوسفات ونوع البيئة التي كان يمكن أن يتطور فيها هذا العنصر.
"من المثير أن نرى كيف يمكن للتجارب البسيطة في الزجاجة أن تقلب تفكيرنا حول الظروف التي كانت موجودة على الأرض في وقت مبكر"
ماثيو برادي
في المختبر ، صنعوا مياه البحر بنفس الكيمياء التي يعتقد أنها كانت موجودة في تاريخ الأرض المبكر. كما أجروا تجاربهم في جو يفتقر إلى الأكسجين ، تمامًا مثل الأرض القديمة.
تشير نتائج الفريق إلى أن مياه البحر نفسها يمكن أن تكون مصدرًا رئيسيًا لهذا العنصر الأساسي.
قال توسكا: "هذا لا يعني بالضرورة أن الحياة على الأرض بدأت في مياه البحر" ، "إنه يفتح الكثير من الاحتمالات لكيفية تزويد مياه البحر بالفوسفات لبيئات مختلفة - على سبيل المثال ، البحيرات أو البحيرات أو الشواطئ التي تتناثر فيها مياه البحر يمكن أن يكون قد حمل الفوسفات إلى الأرض ".
في السابق ، توصل العلماء إلى مجموعة من الطرق لتوليد الفوسفات ، وبعض النظريات تتضمن بيئات خاصة مثل الينابيع البركانية الحمضية أو البحيرات القلوية ، والمعادن النادرة الموجودة فقط في النيازك.
قال توسكا: "كان لدينا حدس مفاده أن الحديد هو مفتاح قابلية ذوبان الفوسفات ، ولكن لم تكن هناك بيانات كافية". جاءت فكرة تجارب الفريق عندما نظروا إلى المياه التي تغمر الرواسب المترسبة في بحر البلطيق الحديث. "إنه أمر غير معتاد لأنه يحتوي على نسبة عالية من الفوسفات والحديد - بدأنا نتساءل ما هو الاختلاف في تلك المياه تحديدًا."
في تجاربهم ، أضاف الباحثون كميات مختلفة من الحديد إلى مجموعة من عينات مياه البحر الاصطناعية واختبروا مقدار الفوسفور الذي يمكن أن يحتفظ به قبل تكوين البلورات وفصل المعادن عن السائل. ثم قاموا ببناء نقاط البيانات هذه في نموذج يمكنه التنبؤ بكمية مياه البحر القديمة من الفوسفات.
قال توسكا إن مياه مسام بحر البلطيق قدمت مجموعة واحدة من العينات الحديثة التي استخدموها لاختبار نموذجهم ، "يمكننا إعادة إنتاج كيمياء المياه غير العادية هذه بشكل مثالي". من هناك ذهبوا لاستكشاف كيمياء مياه البحر قبل وجود أي بيولوجيا حولها.
النتائج لها أيضًا آثار على العلماء الذين يحاولون فهم إمكانيات الحياة خارج الأرض. قال توسكا: "إذا ساعد الحديد في وضع المزيد من الفوسفات في المحلول ، فقد يكون لهذا صلة بالمريخ المبكر".
قال توسكا إن الأدلة على وجود المياه على كوكب المريخ القديم وفيرة ، بما في ذلك قيعان الأنهار القديمة ورواسب الفيضانات ، ونعلم أيضًا أن هناك الكثير من الحديد على السطح وكان الغلاف الجوي أحيانًا يفتقر إلى الأكسجين.
تشير محاكاةهم للمياه السطحية التي يتم ترشيحها من خلال الصخور على سطح المريخ إلى أن المياه الغنية بالحديد قد توفر الفوسفات في هذه البيئة أيضًا.
قال برادي: "سيكون من الرائع أن نرى كيف يستخدم المجتمع نتائجنا لاستكشاف مسارات بديلة جديدة لتطور الحياة على كوكبنا وما وراءه".
المرجع: "توافر الفوسفات البحري والأصول الكيميائية للحياة على الأرض" بقلم ماثيو ب.برادي وروزالي توستيفين ونيكولاس ج.توسكا ، 2 سبتمبر 2022 ، طبيعة الاتصالات.
DOI: 10.1038 / s41467-022-32815-x
