Die ersten Lebensformen auf der Erde brauchten eine Pu-Pu-Platte mit Inhaltsstoffen, aber einer dieser Inhaltsstoffe, der Mineralphosphor, hat Wissenschaftler lange verwirrt. Niemand wusste, wie Phosphor, eines der sechs wichtigsten chemischen Elemente des Lebens, auf der frühen Erde so reichlich wurde, dass das Leben platzen konnte.
Jetzt können Forscher die Antwort haben; Seen, die an trockenen Orten auf der frühen Erde gedieh, spielten wahrscheinlich eine Schlüsselrolle bei der Versorgung mit Phosphor, schrieben Forscher in einer neuen Studie, die am 30. Dezember in der Zeitschrift Proceedings der National Academy of Sciences veröffentlicht wurde.
Der Befund erklärt, wie dieses knappe Mineral in der Ursuppe der Erde reichlich vorhanden wurde. Einfacher ausgedrückt hilft es Wissenschaftlern zu verstehen, wie das Leben wahrscheinlich entstanden ist. "Seit 50 Jahren plagt das sogenannte" Phosphatproblem "Studien über den Ursprung des Lebens", sagte der Studienmitforscher Jonathan Toner, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der University of Washington, Professor für Geo- und Weltraumwissenschaften, in einer Erklärung.
Phosphor ist entscheidend für das Leben, wie wir es kennen. Das Mineral bildet das Rückgrat von DNA- und RNA-Molekülen. verankert Lipide oder Fette, die Zellen von der Umgebung trennen; und hilft bei der Bereitstellung von Lebensenergie, die als Hauptkomponente in Molekülen wie Adenosintriphosphat oder ATP dient.
Um das "Phosphatproblem" zu untersuchen, untersuchten die Forscher der neuen Studie karbonatreiche Seen, die in trockenen Umgebungen vorkommen. Diese Seen, auch Sodaseen genannt, entstehen, wenn Wasser aus der umliegenden Landschaft in eine Senke fließt. Durch die Verdunstung wird das Seewasser salzig und alkalisch (was bedeutet, dass es einen hohen pH-Wert hat).
Die Forscher nahmen Phosphormessungen in Sodaseen auf der ganzen Welt vor, darunter in den kalifornischen Mono- und Searles-Seen, im kenianischen Magadi-See und im indischen Lonar-See.
Während die Phosphorkonzentrationen je nach Jahreszeit variierten, hatten diese karbonatreichen Seen bis zu 50.000 Mal mehr Phosphor als in Meerwasser, Flüssen und anderen Arten von Seen, so Toner und Studienmitforscher David Catling, Professor für Erde und Weltraum Wissenschaften an der University of Washington.
Diese hohen Konzentrationen deuteten darauf hin, dass sich Phosphor aufgrund eines natürlichen Prozesses in diesen Seen ansammeln konnte, sagten die Forscher. Es war jedoch schwierig, an den Seen selbst zu experimentieren, da sie eine großartige Anzahl von Tieren beherbergen, die die chemische Zusammensetzung jedes Sees beeinflussen. In Afrikas Lago Magadi lebt beispielsweise eine berühmte Herde Flamingos.
Um zu verstehen, wie aus einem leblosen See Leben entstehen kann, experimentierten die Forscher mit karbonatreichem Wasser in Flaschen.
Das Team stellte fest, dass Sodaseen aufgrund ihres Karbonatgehalts einen hohen Phosphorgehalt aufweisen. Normalerweise bindet Kalzium in Seen an Phosphor, um feste Mineralien aus Kalziumphosphat herzustellen, die ihre Mineralbestandteile für das Leben unzugänglich machen. In Seen mit hohem Karbonatgehalt übertrifft Karbonat Phosphat bei der Bindung an Kalzium. Infolgedessen ist ein Teil des Phosphats nach Experimenten von Toner und Catling im Wasser frei verfügbar.
"Es ist eine einfache Idee, was ihre Anziehungskraft ist", sagte Toner. "Es löst das Phosphatproblem auf elegante und plausible Weise."
Es ist die Jahreszeit
Während der Trockenzeit kann der Phosphatspiegel in Sodaseen ansteigen, was bedeutet, dass diese Körper einen Phosphatspiegel aufweisen können, der 1 Million Mal höher ist als der im Meerwasser.
"Die extrem hohen Phosphatwerte in diesen Seen und Teichen hätten Reaktionen ausgelöst, die Phosphor in die molekularen Bausteine von RNA, Proteinen und Fetten einbringen, die alle benötigt wurden, um das Leben in Gang zu bringen", sagte Catling in der Erklärung.
Vor etwa 4 Milliarden Jahren hätte die kohlendioxidreiche Luft der frühen Erde dazu beigetragen, solche Seen mit hohem Phosphorgehalt zu schaffen, sagten die Forscher. Das liegt daran, dass sich oft karbonatreiche Seen bilden, in denen die Atmosphäre einen hohen Kohlendioxidgehalt aufweist. Darüber hinaus löst sich Kohlendioxid in Wasser und macht es saurer, wodurch wiederum Phosphor aus Gesteinen freigesetzt wird.
"Die frühe Erde war ein vulkanisch aktiver Ort, also hätte man viel frisches Vulkangestein gehabt, das mit Kohlendioxid reagiert und Seen mit Carbonat und Phosphor versorgt", sagte Toner. "Die frühe Erde hätte viele karbonatreiche Seen beherbergen können, deren Phosphorkonzentration hoch genug gewesen wäre, um das Leben in Gang zu bringen."
Diese Studie ergänzt ein weiteres Papier, das die beiden Forscher 2019 veröffentlicht haben und das zeigt, dass Sodaseen auch reichlich Cyanid liefern können, eine Chemikalie, die für den Menschen tödlich ist, aber nicht für primitive Mikroben. Cyanid hätte die Bildung von Aminosäuren und Nukleotiden, den Bausteinen von Proteinen, DNA und RNA, unterstützen können - im Wesentlichen die Hauptbestandteile des Lebens, sagten die Forscher.
