دریاچه های سودا باستانی می توانند نشان دهند که چگونه زندگی روی زمین آغاز شد

اولین روزهای زمین اسرار را که دانشمندان هنوز در تلاشند تا کشف کنند ، برگزار می کنند. یکی از بزرگترین اسرار این است که زندگی چگونه آغاز شد. بخش اصلی پاسخ در یک عنصر نادر نهفته است: فسفر. این ماده معدنی نقش مهمی در مولکول هایی دارد که زندگی را ممکن می سازد. این ستون فقرات DNA و RNA ، حامل اطلاعات ژنتیکی را تشکیل می دهد. همچنین سلولها را از طریق مولکولی به نام ATP قدرت می دهد که انرژی را ذخیره و ارائه می دهد.

اما مشکلی وجود دارد یافتن فسفر در سطح زمین آسان نیست و این همان میلیارد ها سال قبل واقعی بود که اکنون است. بنابراین چگونه زندگی به اندازه کافی از آن شروع شد؟

دانشمندان از قبل می دانند که کربن و نیتروژن برای زندگی بسیار مهم هستند. این عناصر رایج تر هستند و به راحتی از طریق جو و آب حرکت می کنند. از طرف دیگر ، فسفر تمایل دارد در سنگ ها و رسوبات گیر بیفتد. در آب به خوبی حل نمی شود و خیلی سریع از طریق محیط چرخه نمی چرخد.

زندگی برای رشد به فسفر زیادی نیاز دارد. اما مطالعات نشان می دهد که شیمی پربیوتیک – شیمی که قبل از شکل زندگی اتفاق می افتد – حتی به بیشتر نیاز دارد. آزمایشات آزمایشگاهی نشان داده است که واکنشهای شیمیایی که منجر به زندگی می شود ، به آب با سطح فسفر حدود ۱۰،۰۰۰ برابر بیشتر از آنچه امروزه در دریاچه ها یا اقیانوس ها یافت می شود ، نیاز دارند.

بنابراین کجا ممکن است زمین اولیه آن فسفر زیادی را در یک مکان ذخیره کند؟

کریگ والتون ، ژئوشیمیست در ETH Zurich ، ممکن است جواب را پیدا کرده باشد. او می گوید دریاچه های بزرگ سودا می توانستند یک مکان عالی باشند. این دریاچه ها دارای پریز هایی مانند رودخانه ها یا نهرهایی نیستند که آب را از بین می برند. درعوض ، آنها فقط از طریق تبخیر آب از دست می دهند. این باعث می شود مواد معدنی ، از جمله فسفر ، که به آرامی تا سطح بسیار بالایی ایجاد می شود ، پشت سر بگذارد.

در یک مطالعه جدید که در پیشرفت های علوم منتشر شده است ، والتون توضیح می دهد که چگونه برخی از دریاچه های بزرگ بسته می توانند حتی در حالی که از زندگی اولیه حمایت می کنند ، مقادیر زیادی از فسفر را حفظ کنند. والتون می گوید: “این تئوری جدید به حل قطعه دیگری از معمای منشأ زندگی روی زمین کمک می کند.”

همه دریاچه های سودا برای این کار کار نمی کنند. کوچکتر فسفر کافی را برای مدت طولانی نگه نمی دارد. اگر زندگی از آنجا شروع شود ، قبل از ورود بیشتر به دریاچه ، به سرعت از فسفر استفاده می کرد. والتون می گوید: “به محض رشد زندگی در آنها ، تأمین فسفر آنها سریعتر از آنکه دوباره پر شود ، تخلیه می شود. این امر در جوانه هم واکنش های شیمیایی و هم زندگی در حال توسعه را کاهش می دهد.” اما دریاچه های بزرگتر؟ آنها یک داستان متفاوت هستند.

به عنوان مثال دریاچه مونو را بگیرید. این دریاچه در کالیفرنیا بیش از دو برابر اندازه دریاچه زوریخ است. تقریباً ۱ میلی متر فسفر محلول در حالت پایدار دارد. این مقدار غیرمعمول بالایی برای آبهای طبیعی است. با این حال ، این دریاچه همچنین با وجود این تقاضای زیاد فسفر ، از طیف گسترده ای از اشکال زندگی – از جلبک ها گرفته تا باکتری گرفته تا میگو آب نمک پشتیبانی می کند.

این امر چیز مهمی را اثبات می کند: دریاچه های سودا بزرگ می توانند فسفر خود را نگه دارند ، حتی اگر زندگی شروع به استفاده از آن کند. چرا؟ زیرا فسفر دائماً با آب رودخانه ورودی به دریاچه می رود. و از آنجا که این دریاچه هیچ خروجی ندارد و فقط از طریق تبخیر آب از دست می دهد ، فسفر باقی می ماند.

والتون معتقد است که این تعادل مهم است. این توضیح می دهد که چگونه یک دریاچه می تواند از فعالیت بیولوژیکی بالا پشتیبانی کند و هنوز هم سطح فسفر را به اندازه کافی بالا نگه می دارد تا شیمی پربیوتیک را شروع کند.

زمین اولیه در دهانه ها از اثرات سیارک پوشانده شده و با فعالیت آتشفشانی سنگین شکل گرفته است. این ویژگی ها به تشکیل بسیاری از دریاچه های باسین بسته کمک می کند-همان نوع والتون معتقد است که می تواند باعث زندگی شود. این دریاچه ها هیچ رودخانه ای را در حال تخلیه آنها نداشتند و اغلب در مناطق خشک و گرم قرار می گرفتند که آب به سرعت تبخیر می شد.

این نوع محیط باعث می شود که فسفر در مقادیر زیادی ایجاد شود. پس از رسیدن به سطح کافی بالا ، واکنشهای پربیوتیک می تواند آغاز شود. و هنگامی که زندگی ظاهر شد ، فسفر از بین نرفت. اندازه و شیمی دریاچه به حفظ منبع ثابت کمک کرد.

مطالعه والتون بر اساس کارهای قبلی محققانی است که پیشنهاد می کنند دریاچه های سودا ممکن است برای رمز و راز منشأ زندگی مهم باشد. در سال ۲۰۲۰ ، دانشمندان دانشگاه واشنگتن این ایده را مطرح کردند که این دریاچه ها می توانند میزبان زندگی اولیه باشند. والتون با نشان دادن اینکه فقط دریاچه های بزرگ سودا می توانند فسفر کافی را به اندازه کافی طولانی حفظ کنند ، این ایده را بیشتر نگه داشت تا زندگی را امکان پذیر کند.

سالها ، برخی دانشمندان معتقد بودند که زندگی ممکن است در استخرهای گرم کوچک آغاز شده باشد – مکانهایی مانند مواردی که توسط چارلز داروین شرح داده شده است. اما این استخرهای کوچک احتمالاً نمی توانند روی فسفر خود نگه دارند. اندازه آنها باعث شده است که آنها در برابر تغییرات ناگهانی و کاهش سریع مواد مغذی آسیب پذیر شوند.

کار والتون به تنظیمات بزرگتر و پایدار اشاره دارد. دریاچه های سودا بزرگ فقط ترکیب مناسب شرایط را ارائه می دهند. آنها فسفر را از رودخانه ها جمع آوری کردند ، آن را از طریق تبخیر به دام انداختند و آب کافی برای حمایت از ظهور موجودات اولیه داشتند. سطح فسفر بالای آنها از واکنشهای شیمیایی مورد نیاز قبل از شروع زندگی پشتیبانی می کند و ثبات آنها این واکنش ها را ادامه می دهد.

ایده تغییر می کند که چگونه ما در مورد منشأ زندگی فکر می کنیم. به جای حوضچه های حباب ، زندگی ممکن است در دریاچه های وسیع و شور در زیر آفتاب خشن زمین باستانی آغاز شده باشد.

تحقیقات والتون یک لایه تازه به داستان منشأ زندگی می افزاید. این نشان می دهد که محیط مناسب دقیقاً به اندازه مواد شیمیایی مناسب اهمیت دارد. در مورد فسفر ، طبیعت مجبور بود راهی برای جمع آوری کافی از آن پیدا کند ، روی آن نگه دارد و به آرامی از آن استفاده کند. دریاچه های سودا بزرگ این تنظیمات را فراهم کردند. آنها مانند لوله های آزمایش طبیعی عمل می کردند و به زمین اولیه راهی برای ذخیره عناصر نادر و پشتیبانی از واکنش های آهسته و پیچیده ای که منجر به زندگی می شود ، می دهند.

امروز ، دریاچه مونو به عنوان نمونه زنده ایستاده است. آبهای غنی از فسفر آن میزبان یک اکوسیستم پر رونق است. این نگاهی اجمالی به نوع مکانی که ممکن است زندگی در ابتدا نگه داشته شده باشد – نه در یک جرقه یا یک فلاش ، بلکه از طریق ساخت و تعادل پایدار است.

اگر زمین اولیه به اندازه کافی از این دریاچه ها بود ، ممکن است ظهور زندگی فقط ممکن نبود ، بلکه احتمالاً.