La vita come la conosciamo richiede fosforo. È uno dei sei principali elementi chimici della vita, costituisce la spina dorsale delle molecole di DNA e RNA, agisce come la principale valuta per l'energia in tutte le cellule e ancora i lipidi che separano le cellule dall'ambiente circostante.

Ma in che modo un ambiente senza vita sulla Terra primitiva ha fornito questo ingrediente chiave?

"Da 50 anni, quello che viene chiamato "il problema del fosfato, ' ha afflitto gli studi sull'origine della vita, " ha detto il primo autore Jonathan Toner, un professore assistente di ricerca dell'Università di Washington di scienze della Terra e dello spazio.

Il problema è che le reazioni chimiche che costituiscono gli elementi costitutivi degli esseri viventi hanno bisogno di molto fosforo, ma il fosforo è scarso. Un nuovo studio UW, pubblicato il 30 dicembre nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , trova una risposta a questo problema in alcuni tipi di laghi.

Lo studio si concentra su laghi ricchi di carbonato, che si formano in ambienti asciutti all'interno di depressioni che incanalano le acque drenanti dal paesaggio circostante. A causa degli alti tassi di evaporazione, le acque del lago si concentrano in salate e alcaline, o ad alto pH, soluzioni. Tali laghi, noto anche come laghi alcalini o soda, si trovano in tutti e sette i continenti.

I ricercatori hanno prima esaminato le misurazioni del fosforo nei laghi ricchi di carbonati esistenti, tra cui Mono Lake in California, Lago Magadi in Kenya e Lago Lonar in India.

Mentre la concentrazione esatta dipende da dove sono stati prelevati i campioni e durante quale stagione, i ricercatori hanno scoperto che i laghi ricchi di carbonato hanno fino a 50, 000 volte i livelli di fosforo presenti nell'acqua di mare, fiumi e altri tipi di laghi. Tali concentrazioni elevate indicano l'esistenza di alcuni comuni, meccanismo naturale che accumula fosforo in questi laghi.

Oggi questi laghi ricchi di carbonati sono biologicamente ricchi e supportano la vita che va dai microbi ai famosi stormi di fenicotteri del Lago Magadi. Questi esseri viventi influenzano la chimica del lago. Quindi i ricercatori hanno fatto esperimenti di laboratorio con bottiglie di acqua ricca di carbonati a diverse composizioni chimiche per capire come i laghi accumulano fosforo, e quanto alte concentrazioni di fosforo potrebbero ottenere in un ambiente senza vita.

La ragione per cui queste acque hanno un alto contenuto di fosforo è il loro contenuto di carbonati. Nella maggior parte dei laghi, calcio, che è molto più abbondante sulla Terra, si lega al fosforo per produrre minerali solidi di fosfato di calcio, cui la vita non può accedere. Ma in acque ricche di carbonati, il carbonato supera il fosfato per legarsi al calcio, lasciando una parte del fosfato non attaccato. Test di laboratorio che combinano ingredienti a diverse concentrazioni mostrano che il calcio si lega al carbonato e lascia il fosfato liberamente disponibile nell'acqua.

"È un'idea semplice, che è il suo fascino, " Ha detto Toner. "Risolve il problema dei fosfati in modo elegante e plausibile".

I livelli di fosfato potrebbero salire ancora più in alto, a un milione di volte i livelli nell'acqua di mare, quando le acque del lago evaporano durante le stagioni secche, lungo le coste, o in vasche separate dal corpo principale del lago.

"I livelli estremamente elevati di fosfato in questi laghi e stagni avrebbero provocato reazioni che hanno messo il fosforo nei mattoni molecolari dell'RNA, proteine, e grassi, tutto ciò che era necessario per far andare avanti la vita, " ha detto il co-autore David Catling, un professore UW di scienze della Terra e dello spazio.

L'aria ricca di anidride carbonica sulla Terra primordiale, circa quattro miliardi di anni fa, sarebbe stato l'ideale per creare tali laghi e consentire loro di raggiungere livelli massimi di fosforo. I laghi ricchi di carbonato tendono a formarsi in atmosfere con elevata anidride carbonica. Più, l'anidride carbonica si dissolve in acqua per creare condizioni acide che rilasciano efficacemente il fosforo dalle rocce.

"La Terra primitiva era un luogo vulcanicamente attivo, quindi avresti avuto molta roccia vulcanica fresca che reagiva con l'anidride carbonica e forniva carbonato e fosforo ai laghi, " Ha detto Toner. "La Terra primordiale avrebbe potuto ospitare molti laghi ricchi di carbonati, che avrebbe avuto concentrazioni di fosforo sufficientemente elevate per dare inizio alla vita".

Un altro recente studio dei due autori ha mostrato che questi tipi di laghi possono fornire anche abbondante cianuro per supportare la formazione di amminoacidi e nucleotidi, gli elementi costitutivi delle proteine, DNA e RNA. Prima di allora i ricercatori avevano lottato per trovare un ambiente naturale con abbastanza cianuro per sostenere l'origine della vita. Il cianuro è velenoso per l'uomo, ma non ai microbi primitivi, ed è fondamentale per il tipo di chimica che rende facilmente gli elementi costitutivi della vita.