فسفر و چگونگی پیدایش حیات
فسفر و پیدایش حیات؛ حیات می توانست از دریاچه هایی با فسفر بالا پدید آمده باشد
همانطور که می دانیم حیات به فسفر نیاز دارد. این یکی از شش عنصر اصلی شیمیایی حیات است ، ستون فقرات مولکولهای DNA و RNA را تشکیل می دهد، به عنوان منبع اصلی برای انرژی در تمام سلول ها عمل می کند و لیپیدهایی را که سلول ها را از محیط اطراف خود جدا می‌کند. اما چگونه یک محیط بی جان مثل زمین اولیه این ماده اصلی را تأمین کرده است؟
جاناتان تونر از دانشگاه واشنگتن، استادیار زمین شناسی و علوم فضایی گفت: “به مدت 50 سال ، آنچه كه” مسئله فسفات “نامیده می‌شود ، مطالعاتی را در مورد منشاء حیات پدید آورده است.مشکل این است که واکنش‌های شیمیایی که باعث ایجاد ساختمان موجودات زنده می‌شوند ، به فسفر زیادی احتیاج دارند ، اما فسفر کمیاب است.
یک مطالعه جدید در دانشگاه واشینگتن ، که در تاریخ 30 دسامبر در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم منتشر شده است ، در برخی از دریاچه‌ها پاسخی برای این مشکل یافته است.این مطالعه بر روی دریاچه‌های غنی از کربنات تمرکز دارد ، که در محیط های خشکی تشکیل می‌شوند که آب را از محیط پیرامون تخلیه می‌کند.
به دلیل سرعت بالای تبخیر ، آب‌های دریاچه در محلول‌های شور و قلیایی-یا pH بالا- متمرکز می‌شوند. چنین دریاچه هایی که به عنوان دریاچه های قلیایی نیز شناخته می‌شوند در هر هفت قاره یافت می‌شود.محققان ابتدا به سنجش فسفر در دریاچه های غنی از کربنات از جمله دریاچه مونو در کالیفرنیا ، دریاچه مگادی در کنیا و دریاچه لونار در هند پرداختند
در حالی که غلظت دقیق به محل نمونه برداری و فصل بستگی دارد، محققان دریافتند که دریاچه‌های غنی از کربنات تا 50 هزار برابر فسفر-که در آب های دریا ، رودخانه ها و انواع دیگر دریاچه ها یافت می شود- دارند. چنین غلظت‌های بالایی به وجود مکانیسم معمول و طبیعی(که فسفر در این دریاچه‌ها جمع می شود) اشاره دارد.
آزمایش‌ها
امروزه این دریاچه های سرشار از کربنات از نظر بیولوژیکی غنی هستند و از حیات میکروبی گرفته تا گله‌های معروف فلامینگوهای دریاچه مگادی پشتیبانی می کنند. این موجودات زنده بر شیمی دریاچه تأثیر می گذارند. بنابراین محققان تحقیقات آزمایشگاهی را با بطری‌های آب غنی از کربنات در ترکیبات شیمیایی مختلف انجام دادند تا بفهمند که چگونه در دریاچه‌ها فسفر جمع می‌شود ، و چگونه فسفر با غلظت بالا می‌تواند در یک محیط بی‌جان قرار بگیرد.
دلیل فسفر زیاد این آب ، محتوای کربنات آنهاست. در بیشتر دریاچه‌ها، کلسیم که در زمین بسیار فراوان است ، برای ساخت مواد معدنی جامد فسفات کلسیم ، که به آن نمی توان دسترسی پیدا کرد ، به فسفر متصل می شود. اما در آب‌های غنی از کربنات ، کربنات فسفات را به کلسیم متصل می کند و مقداری از فسفات را از دسترس خارج می‌کند. تحقیقات آزمایشگاهی (که ترکیبات را با غلظت های مختلف نشان می دهند) ، نشان می‌دهد که کلسیم به کربنات متصل می شود و فسفات را در آب آزادانه رها می‌کند.
تونر گفت: “این یک ایده ساده و جذاب است.این موضوع « مسئله فسفات » را به روشی زیبا و قابل قبول حل می کند.”دیوید كاتلینگ گفت: “سطح بسیار بالای فسفات موجود در این دریاچه‌ها و حوضچه‌ها می تواند واكنش‌هایی را به وجود آورد كه فسفر را به داخل بلوک‌های ساختار مولكولی RNA ، پروتئین‌ها و چربی‌ها وارد كند ، و همه این موارد برای ادامه حیات لازم بود.”
تونر-کاتلینگ
هوای غنی از دی اکسید کربن در اوایل عمر زمین-حدود چهار میلیارد سال پیش- می‌توانست برای ایجاد چنین دریاچه‌هایی ایده آل باشد و به آنها اجازه دهد به حداکثر فسفر برسند. دریاچه‌های غنی از کربنات در جوهای دارای دی اکسید کربن بالا شکل می گیرد. بعلاوه ، دی اکسید کربن در آب حل می شود تا شرایط اسیدی ایجاد شود که به طور موثر فسفر را از سنگ‌ها آزاد می‌کند.
زمین جوان
تونر گفت: “اوایل، زمین مکان آتشفشانی فعالی بود ، بنابراین بسیاری از سنگ‌های آتشفشانی وجود داشته که با دی اکسید کربن واکنش نشان داده و کربنات و فسفر دریاچه‌ها را تشکیل می‌دهند. اوایل عمر زمین می‌توانست میزبان بسیاری از دریاچه‌های غنی از کربنات باشد ، که به اندازه کافی غلظت فسفر بالایی برای شروع حیات داشته اند.”
یکی دیگر از مطالعات اخیر این دو نویسنده نشان داد که این نوع دریاچه‌ها همچنین می‌توانند سیانید فراوان را برای حمایت از تشکیل اسیدهای آمینه و نوکلئوتیدها ، بلوک‌های ساختاری پروتئین‌ها ، DNA و RNA فراهم کنند. پیش از این محققان برای یافتن یک محیط طبیعی با سیانید کافی برای حمایت از منشاء حیات تلاش کرده بودند. سیانید برای انسان سم است ، اما نه برای میکروب‌های ابتدایی ، و برای شکلگیری شیمیایی بلوک‌های سازندهٔ حیات بسیار مهم است.
ترجمه: آرین رسولی
منابع
www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1916109117
https://m.phys.org/news/2019-12-life-emerged-lakes-high-phosphorus.html
