Морская вода могла поставлять фосфор, необходимый для возникновения жизни.
Исследователи из университетов г. Кэмбриджском университете и Кейптаун, возможно, разгадал тайну происхождения жизни — как фосфор стал важным компонентом жизни на Земле, воссоздав доисторическую морскую воду, содержащую этот элемент, в лаборатории.
Их результаты, опубликованные в журнале Nature Communications, предполагают, что морская вода может быть недостающим источником фосфата, предполагая, что он мог присутствовать в достаточном количестве для поддержания жизни без необходимости в особых условиях окружающей среды.
«Это действительно может изменить то, как мы думаем об окружающей среде, в которой впервые зародилась жизнь», — сказал профессор Ник Тоска из Кембриджского университета, один из авторов исследования.
Исследование, которое возглавил доктор философии Кембриджского университета. студент Мэтью Брэди показывает, что ранняя морская вода могла содержать в 1,000–10,000 XNUMX раз больше фосфатов, чем считалось ранее, при условии, что вода содержала много железа.
Фосфат является важнейшим компонентом ДНК и РНК, которые являются строительными блоками жизни, хотя это один из наименее распространенных элементов во Вселенной по сравнению с его биологическим значением. Фосфат также относительно недоступен в своей минеральной форме — его может быть трудно растворить в воде, чтобы жизнь могла его использовать.
Ученые давно подозревали, что фосфор стал частью биологии на раннем этапе, но они только недавно начали признавать роль фосфата в управлении синтезом молекул, необходимых для жизни на Земле: «Эксперименты показывают, что он делает удивительные вещи — химики могут синтезировать важнейшие биомолекулы, если в растворе много фосфатов», — сказал Тоска, профессор минералогии и петрологии Кембриджского факультета наук о Земле.
Однако ведутся споры о точных обстоятельствах, необходимых для создания фосфата. Согласно некоторым исследованиям, фосфаты должны быть еще менее доступными для жизни, когда в изобилии железо. Однако это оспаривается, поскольку атмосфера ранней Земли была бедна кислородом, а железо было бы широко распространено.
Они использовали геохимическое моделирование, чтобы смоделировать условия ранней Земли, чтобы понять, как жизнь стала полагаться на фосфаты, и в какой среде мог развиться этот элемент.
«Удивительно видеть, как простые эксперименты в бутылке могут перевернуть наши представления об условиях, существовавших на ранней Земле».
Мэтью Брэди
В лаборатории они приготовили морскую воду с тем же химическим составом, который, как считается, существовал в ранней истории Земли. Они также проводили свои эксперименты в атмосфере, лишенной кислорода, как и на древней Земле.
Результаты команды показывают, что сама морская вода могла быть основным источником этого важного элемента.
«Это не обязательно означает, что жизнь на Земле зародилась в морской воде, — сказал Тоска. мог вынести фосфат на сушу».
Ранее ученые придумали ряд способов образования фосфатов, некоторые теории, связанные с особыми средами, такими как кислые вулканические источники или щелочные озера, и редкие минералы, встречающиеся только в метеоритах.
«У нас было предчувствие, что железо играет ключевую роль в растворимости фосфатов, но данных было недостаточно», — сказал Тоска. Идея экспериментов возникла у команды, когда они изучали воды, омывающие отложения, отложившиеся в современном Балтийском море. «Это необычно, потому что в ней много фосфатов и железа — мы начали задаваться вопросом, что такого особенного в этих конкретных водах».
В своих экспериментах исследователи добавляли различное количество железа в ряд синтетических образцов морской воды и проверяли, сколько фосфора она может удерживать, прежде чем образуются кристаллы и минералы отделяются от жидкости. Затем они встроили эти точки данных в модель, которая могла предсказать, сколько фосфатов могла содержать древняя морская вода.
Поровые воды Балтийского моря предоставили один набор современных образцов, которые они использовали для проверки своей модели. «Мы смогли идеально воспроизвести этот необычный химический состав воды», — сказал Тоска. Оттуда они продолжили изучение химии морской воды до того, как появилась какая-либо биология.
Результаты также имеют значение для ученых, пытающихся понять возможности жизни за пределами Земли. «Если железо помогает растворять больше фосфатов, это может иметь отношение к раннему Марсу», — сказал Тоска.
Доказательств существования воды на древнем Марсе предостаточно, включая старые русла рек и паводковые отложения, и мы также знаем, что на поверхности было много железа, а атмосфера временами была бедна кислородом, сказал Тоска.
Их моделирование фильтрации поверхностных вод через скалы на поверхности Марса предполагает, что богатая железом вода могла поставлять фосфаты и в эту среду.
«Будет интересно увидеть, как сообщество использует наши результаты для изучения новых, альтернативных путей эволюции жизни на нашей планете и за ее пределами», — сказал Брейди.
Ссылка: «Доступность морских фосфатов и химическое происхождение жизни на Земле», Мэтью П. Брэди, Розали Тостевин и Николас Дж. Тоска, 2 сентября 2022 г., Природа связи.
DOI: 10.1038 / s41467-022-32815-x
