Solubilidad del fosfato en agua de mar anóxica a 25°C. A pH>7.2–7.7, el fosfato acuoso total está limitado por la solubilidad de greenalita y fosfato octacálcico (OCP), mientras que a pH <7.2–7.7, está limitado por la solubilidad de OCP y vivianita. Las líneas sólidas adoptan la composición catiónica moderna ([SO4] = 0) a diferentes salinidades. Las líneas discontinuas abarcan las composiciones de cationes de miembros finales para el agua de mar prebiótica (líneas discontinuas:dos composiciones fluidas con alto contenido de Mg y Ca derivadas de la interacción entre la komatita y el CO2 -fluidos ricos en dos proporciones diferentes de agua:roca; líneas discontinuas largas:dos composiciones fluidas con alto contenido de magnesio y calcio derivadas de la interacción entre el basalto y el CO2 -fluidos ricos en dos proporciones diferentes de agua:roca; línea discontinua corta:composición modelada con alto contenido de Ca y bajo contenido de Mg asumiendo un flujo de agua hidrotermal elevado y proporciones modernas de eliminación de Mg en fluidos de ventilación cerca y fuera del eje). Todos los cálculos mantienen el equilibrio con pCO2 atmosférico de 0,1 bar . Los valores de pH estimados por el modelo para el agua de mar del Hadeano y del Arcaico tardío se muestran como barras grises. Crédito:Comunicaciones de la naturaleza (2022). DOI:10.1038/s41467-022-32815-x
El problema de cómo el fósforo se convirtió en un ingrediente universal para la vida en la Tierra puede haber sido resuelto por investigadores de la Universidad de Cambridge y la Universidad de Ciudad del Cabo, quienes han recreado el agua de mar primordial que contiene el elemento en el laboratorio.
Sus resultados, publicados en la revista Nature Communications , muestran que el agua de mar podría ser la fuente faltante de fosfato, lo que significa que podría haber estado disponible en una escala lo suficientemente grande para la vida sin requerir condiciones ambientales especiales.
"Esto realmente podría cambiar la forma en que pensamos sobre los entornos en los que se originó la vida por primera vez", dijo el coautor, el profesor Nick Tosca, del Departamento de Ciencias de la Tierra de Cambridge.
El estudio, que fue dirigido por Matthew Brady, Ph.D. estudiante del Departamento de Ciencias de la Tierra de Cambridge, muestra que el agua de mar primitiva podría haber contenido de mil a diez mil veces más fosfato de lo estimado previamente, siempre que el agua contuviera una gran cantidad de hierro.
El fosfato es un ingrediente esencial en la creación de los componentes básicos de la vida, formando un componente clave del ADN y el ARN, pero es uno de los elementos menos abundantes en el cosmos en relación con su importancia biológica. Cuando está en su forma mineral, el fosfato también es relativamente inaccesible; puede ser difícil disolverlo en agua para que la vida pueda usarlo.
Los científicos han sospechado durante mucho tiempo que el fósforo se convirtió en parte de la biología desde el principio, pero solo recientemente han comenzado a reconocer el papel del fosfato en la dirección de la síntesis de moléculas requeridas por la vida en la Tierra. "Los experimentos muestran que hace que sucedan cosas asombrosas:los químicos pueden sintetizar biomoléculas cruciales si hay mucho fosfato en la solución", dijo Tosca.
Pero el entorno exacto necesario para producir fosfato ha sido un tema de discusión. Algunos estudios han sugerido que cuando el hierro es abundante, el fosfato debería ser incluso menos accesible para la vida. Sin embargo, esto es controvertido porque la Tierra primitiva habría tenido una atmósfera pobre en oxígeno donde el hierro habría estado muy extendido.
Para comprender cómo llegó a depender la vida del fosfato y el tipo de entorno en el que se habría formado este elemento, llevaron a cabo modelos geoquímicos para recrear las condiciones primitivas de la Tierra.
"Es emocionante ver cómo los experimentos simples en una botella pueden anular nuestro pensamiento sobre las condiciones que estaban presentes en la Tierra primitiva", dijo Brady.
En el laboratorio, crearon agua de mar con la misma química que se cree que existió en la historia temprana de la Tierra. También realizaron sus experimentos en una atmósfera privada de oxígeno, como en la Tierra antigua.
Los resultados del equipo sugieren que el agua de mar en sí podría haber sido una fuente importante de este elemento esencial.
"Esto no significa necesariamente que la vida en la Tierra comenzó en el agua de mar", dijo Tosca, "abre muchas posibilidades sobre cómo el agua de mar podría haber suministrado fosfato a diferentes entornos, por ejemplo, lagos, lagunas o costas donde el rocío del mar podría haber llevado el fosfato a la tierra".
Anteriormente, los científicos habían ideado una variedad de formas de generar fosfato, algunas teorías que involucraban entornos especiales como manantiales volcánicos ácidos o lagos alcalinos, y minerales raros que se encuentran solo en meteoritos.
"Teníamos el presentimiento de que el hierro era clave para la solubilidad del fosfato, pero simplemente no había suficientes datos", dijo Tosca. La idea de los experimentos del equipo surgió cuando observaron las aguas que bañan los sedimentos depositados en el Mar Báltico moderno. "Es inusual porque tiene un alto contenido de fosfato y hierro; comenzamos a preguntarnos qué era tan diferente en esas aguas en particular".
En sus experimentos, los investigadores agregaron diferentes cantidades de hierro a una variedad de muestras de agua de mar sintética y probaron cuánto fósforo podía contener antes de que se formaran cristales y los minerales se separaran del líquido. Luego construyeron estos puntos de datos en un modelo que podría predecir cuánto fosfato podría contener el agua de mar antigua.
Las aguas de los poros del Mar Báltico proporcionaron un conjunto de muestras modernas que usaron para probar su modelo. "Podríamos reproducir perfectamente esa química inusual del agua", dijo Tosca. A partir de ahí, exploraron la química del agua de mar antes de que existiera la biología.
Los resultados también tienen implicaciones para los científicos que intentan comprender las posibilidades de vida más allá de la Tierra. "Si el hierro ayuda a poner más fosfato en solución, esto podría tener relevancia para el Marte primitivo", dijo Tosca.
La evidencia de agua en el antiguo Marte es abundante, incluidos antiguos lechos de ríos y depósitos de inundaciones, y también sabemos que había mucho hierro en la superficie y que la atmósfera a veces era pobre en oxígeno, dijo Tosca.
Sus simulaciones de aguas superficiales filtrándose a través de rocas en la superficie marciana sugieren que el agua rica en hierro también podría haber suministrado fosfatos en este entorno.
"Será fascinante ver cómo la comunidad utiliza nuestros resultados para explorar caminos nuevos y alternativos para la evolución de la vida en nuestro planeta y más allá", dijo Brady. La vida podría haber surgido de lagos con alto contenido de fósforo
