El lago Mono del este de California no tiene desagüe, permitiendo que las sales se acumulen con el tiempo. Las altas sales de este lago rico en carbonatos pueden convertirse en pilares. Crédito:Matthew Dillon / Flickr
La vida tal como la conocemos requiere fósforo. Es uno de los seis elementos químicos principales de la vida. forma la columna vertebral de las moléculas de ADN y ARN, actúa como la principal moneda de cambio de energía en todas las células y ancla los lípidos que separan a las células de su entorno circundante.
Pero, ¿cómo un entorno sin vida en la Tierra primitiva suministró este ingrediente clave?
"Durante 50 años, lo que se llama 'el problema del fosfato, 'ha plagado estudios sobre el origen de la vida, "dijo el primer autor Jonathan Toner, un profesor asistente de investigación de la Universidad de Washington de ciencias de la Tierra y el espacio.
El problema es que las reacciones químicas que hacen que los componentes básicos de los seres vivos necesitan mucho fósforo, pero el fósforo es escaso. Un nuevo estudio de la UW, publicado el 30 de diciembre en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias , encuentra una respuesta a este problema en ciertos tipos de lagos.
El estudio se centra en lagos ricos en carbonatos, que se forman en ambientes secos dentro de depresiones que canalizan el agua que drena del paisaje circundante. Debido a las altas tasas de evaporación, las aguas del lago se concentran en saladas y alcalinas, o de pH alto, soluciones. Tales lagos también conocidos como lagos alcalinos o de soda, se encuentran en los siete continentes.
Los investigadores primero observaron las mediciones de fósforo en lagos ricos en carbonatos existentes, incluido el lago Mono en California, Lago Magadi en Kenia y Lago Lonar en India.
Esta foto de 2007 muestra el lago Magadi en Kenia, un lago rico en carbonatos cuyo lecho está formado por roca volcánica. El agua salada del lago es rica en microbios y atrae otras formas de vida, incluyendo estos flamencos y cebras. Crédito:Stig Nygaard / Flickr
Si bien la concentración exacta depende de dónde se tomaron las muestras y durante qué temporada, los investigadores encontraron que los lagos ricos en carbonatos tienen hasta 50, 000 veces los niveles de fósforo que se encuentran en el agua de mar, ríos y otros tipos de lagos. Concentraciones tan altas apuntan a la existencia de algunos mecanismo natural que acumula fósforo en estos lagos.
Hoy en día, estos lagos ricos en carbonatos son biológicamente ricos y albergan desde microbios hasta las famosas bandadas de flamencos del lago Magadi. Estos seres vivos afectan la química del lago. Entonces, los investigadores hicieron experimentos de laboratorio con botellas de agua rica en carbonato en diferentes composiciones químicas para comprender cómo los lagos acumulan fósforo. y qué tan altas podrían llegar las concentraciones de fósforo en un ambiente sin vida.
La razón por la que estas aguas tienen un alto contenido de fósforo es su contenido de carbonato. En la mayoría de los lagos calcio, que es mucho más abundante en la Tierra, se une al fósforo para producir minerales sólidos de fosfato de calcio, a la que la vida no puede acceder. Pero en aguas ricas en carbonatos, el carbonato compite con el fosfato para unirse al calcio, dejando parte del fosfato sin adherir. Las pruebas de laboratorio que combinaron ingredientes en diferentes concentraciones muestran que el calcio se une al carbonato y deja el fosfato disponible libremente en el agua.
"Es una idea sencilla, cuál es su atractivo, ", Dijo Toner." Resuelve el problema del fosfato de una manera elegante y plausible ".
Los niveles de fosfato podrían subir aún más, a niveles de un millón de veces en el agua de mar, cuando las aguas del lago se evaporan durante las estaciones secas, a lo largo de las costas, o en charcas separadas del cuerpo principal del lago.
Los puntos de colores muestran el nivel de fósforo medido en diferentes lagos ricos en carbonatos de todo el mundo. Los lagos ricos en carbonatos existentes pueden contener hasta 50, 000 veces los niveles de fosfato que se encuentran en el agua de mar, con los niveles más altos medidos en el sistema de lagos Goodenough y Last Chance de Columbia Británica (puntos amarillos). Crédito:Toner et al / PNAS
"Los niveles extremadamente altos de fosfato en estos lagos y estanques habrían provocado reacciones que pusieron fósforo en los bloques de construcción moleculares del ARN, proteínas, y grasas, todos los cuales eran necesarios para que la vida siguiera adelante, "dijo el coautor David Catling, profesor de Ciencias de la Tierra y el espacio de la Universidad de Washington.
El aire rico en dióxido de carbono de la Tierra primitiva, hace unos cuatro mil millones de años, hubiera sido ideal para crear tales lagos y permitirles alcanzar niveles máximos de fósforo. Los lagos ricos en carbonatos tienden a formarse en atmósferas con alto contenido de dióxido de carbono. Más, El dióxido de carbono se disuelve en agua para crear condiciones ácidas que liberan fósforo de las rocas de manera eficiente.
"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, "Toner dijo." La Tierra primitiva podría haber albergado muchos lagos ricos en carbonatos, que habría tenido concentraciones de fósforo lo suficientemente altas como para comenzar la vida ".
Otro estudio reciente de los dos autores mostró que este tipo de lagos también pueden proporcionar abundante cianuro para apoyar la formación de aminoácidos y nucleótidos. los componentes básicos de las proteínas, ADN y ARN. Antes, los investigadores habían luchado por encontrar un entorno natural con suficiente cianuro para sustentar el origen de la vida. El cianuro es venenoso para los humanos, pero no a los microbios primitivos, y es fundamental para el tipo de química que fácilmente constituye los componentes básicos de la vida.
