Las primeras formas de vida en la Tierra necesitaban una fuente pu pu de ingredientes para existir, pero uno de esos ingredientes, el fósforo mineral, ha desconcertado a los científicos durante mucho tiempo. Nadie sabía cómo el fósforo, uno de los seis elementos químicos principales de la vida, se volvió lo suficientemente abundante en la Tierra primitiva como para que la vida estallara.
Ahora, los investigadores pueden tener la respuesta; los lagos que prosperaron en lugares secos en la Tierra primitiva probablemente jugaron un papel clave en el suministro de fósforo, escribieron los investigadores en un nuevo estudio publicado el 30 de diciembre en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
El hallazgo explica cómo este escaso mineral se hizo abundante en la sopa primordial de la Tierra. Dicho de manera más clara, ayuda a los científicos a comprender cómo surgió la vida. "Durante 50 años, lo que se llama 'el problema del fosfato' ha plagado los estudios sobre el origen de la vida", dijo en un comunicado el co-investigador del estudio Jonathan Toner, profesor asistente de investigación de ciencias de la Tierra y el espacio en la Universidad de Washington.
El fósforo es crucial para la vida tal como la conocemos. El mineral ayuda a formar la columna vertebral de las moléculas de ADN y ARN; ancla los lípidos, o grasas, que separan las células del entorno que las rodea; y ayuda a proporcionar energía vital, sirviendo como el componente principal en moléculas como el trifosfato de adenosina o ATP.
Para investigar el "problema del fosfato", los investigadores del nuevo estudio observaron los lagos ricos en carbonato, que se encuentran en ambientes secos. Estos lagos, también conocidos como lagos de soda, se forman cuando el agua del paisaje circundante desemboca en una depresión. La evaporación convierte el agua del lago en salada y alcalina (lo que significa que tiene un pH alto).
Los investigadores tomaron mediciones de fósforo en lagos de soda en todo el mundo, incluidos los lagos Mono y Searles de California, el lago Magadi de Kenia y el lago Lonar de la India.
Si bien las concentraciones de fósforo variaron según la estación, estos lagos ricos en carbonato tenían hasta 50,000 veces más fósforo que el que se encuentra en el agua de mar, ríos y otros tipos de lagos, según Toner y el co-investigador del estudio David Catling, profesor de Tierra y espacio. ciencias en la universidad de Washington.
Estas altas concentraciones sugirieron que un proceso natural permitió que el fósforo se acumulara en estos lagos, dijeron los investigadores. Sin embargo, fue difícil experimentar en los lagos, ya que albergan una espléndida variedad de animales que afectan la composición química de cada lago. El lago Magadi de África, por ejemplo, es el hogar de una famosa bandada de flamencos.
Para entender cómo un lago sin vida podría dar vida, los investigadores experimentaron con botellas de agua rica en carbonato.
El equipo señaló que, debido a su contenido de carbonato, los lagos de soda tienen altos niveles de fósforo. Normalmente, el calcio en los lagos se une al fósforo para producir minerales sólidos de fosfato de calcio, que hacen que sus minerales constituyentes sean inaccesibles para la vida. Pero en lagos con altos niveles de carbonato, el carbonato supera al fosfato al unirse al calcio. Como resultado, parte del fosfato está disponible gratuitamente en el agua, según los experimentos realizados por Toner and Catling.
"Es una idea directa, que es su atractivo", dijo Toner. "Resuelve el problema del fosfato de una manera elegante y plausible".
Es la temporada
Durante las estaciones secas, los niveles de fosfato pueden aumentar en los lagos de soda, lo que significa que estos cuerpos pueden tener niveles de fosfato 1 millón de veces más altos que los del agua de mar.
"Los niveles extremadamente altos de fosfato en estos lagos y estanques habrían provocado reacciones que pusieron fósforo en los bloques de construcción moleculares de ARN, proteínas y grasas, todo lo cual era necesario para que la vida siguiera funcionando", dijo Catling en el comunicado.
Hace unos 4 mil millones de años, el aire rico en dióxido de carbono de la Tierra temprana habría ayudado a crear tales lagos con altos niveles de fósforo, dijeron los investigadores. Esto se debe a que los lagos ricos en carbonato a menudo se forman donde las atmósferas tienen altos niveles de dióxido de carbono. Además, el dióxido de carbono se disuelve en agua, haciéndolo más ácido, lo que a su vez libera fósforo de las rocas.
"La Tierra primitiva era un lugar volcánicamente activo, por lo que habría tenido muchas rocas volcánicas frescas reaccionando con dióxido de carbono y suministrando carbonato y fósforo a los lagos", dijo Toner. "La Tierra primitiva podría haber albergado muchos lagos ricos en carbonato, que habrían tenido concentraciones de fósforo lo suficientemente altas como para comenzar la vida".
Este estudio complementa otro documento que los dos investigadores publicaron en 2019, que muestra que los lagos de soda también pueden suministrar abundante cianuro, un químico que es mortal para los humanos pero no para los microbios primitivos. El cianuro podría haber apoyado la formación de aminoácidos y nucleótidos, los componentes básicos de las proteínas, el ADN y el ARN, en esencia, los ingredientes clave de la vida, dijeron los investigadores.
