El fósforo es uno de los seis ingredientes químicos clave de la vida
Durante décadas, los científicos han reflexionado sobre el llamado "problema del fosfato" al tratar de comprender los orígenes de la vida en la Tierra. El problema gira en torno al hecho de que el fósforo es uno de los seis ingredientes químicos clave de la vida, pero su escasez plantea la cuestión de qué tan temprano suministró la Tierra este elemento esencial. Un nuevo estudio ha proporcionado ahora una posible explicación.
El estudio, realizado por investigadores de la Universidad de Washington, analizó lagos ricos en carbonato, que se forman en ambientes secos cuando el agua drena del paisaje circundante en depresiones. Debido a las altas tasas de evaporación de estos lagos poco profundos, las aguas se convierten en soluciones altamente saladas y alcalinas, de ahí su nombre de lagos alcalinos o de soda.
Los investigadores examinaron los niveles de fósforo en los lagos ricos en carbonato existentes, que se encuentran en los siete continentes. Aunque las concentraciones de fósforo se ven afectadas por cuándo y dónde se toman las muestras, el equipo descubrió que los niveles de fósforo encontrados en tales lagos pueden ser hasta 50.000 veces superiores a los encontrados en el agua de mar, ríos y otros tipos de lagos. Esto llevó a los investigadores a creer que existe un mecanismo natural común responsable de la acumulación de fósforo en estos lagos.
La explicación del equipo aterrizó en los centros sobre el contenido de carbonato de los lagos. En la mayoría de los lagos, el calcio, que es mucho más abundante que el fósforo, se une con él para formar materiales sólidos de fosfato de calcio a los que la vida no puede acceder. Sin embargo, en lagos ricos en carbonato, el carbonato tiene prioridad en la unión con el calcio, dejando una cantidad de fosfato que queda sin un compañero de baile.
Los investigadores realizaron pruebas de laboratorio combinando diferentes concentraciones de ingredientes y descubrieron que el calcio se une al carbonato, dejando el fosfato disponible libremente en el agua.
A lo largo de las costas, en charcas separadas del cuerpo principal del lago, o durante las estaciones secas cuando se evaporan las aguas del lago, los investigadores dicen que los niveles de fosfato podrían subir considerablemente, hasta un millón de veces los niveles encontrados en el agua de mar.
"Los niveles extremadamente altos de fosfato en estos lagos y estanques habrían provocado reacciones que pusieron fósforo en los bloques de construcción moleculares de ARN, proteínas y grasas, todo lo cual era necesario para que apareciera la vida", dice el coautor del estudio David Catling, Profesor de Ciencias de la Tierra y del Espacio de la Universidad de Washington.
Imagen derecha: Los puntos de colores muestran el nivel de fósforo medido en diferentes lagos ricos en carbonato de todo el mundo. Los lagos ricos en carbonato existentes pueden contener hasta 50.000 veces los niveles de fosfato encontrados 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).
Agrega peso adicional a la teoría el hecho de que la Tierra primitiva, cuando se estaban desarrollando los componentes básicos de la vida en la Tierra, tenía una atmósfera muy rica en dióxido de carbono. Esto habría proporcionado excelentes condiciones para la creación de lagos ricos en carbonato con altos niveles de fósforo. Además, el dióxido de carbono de la atmósfera que se disuelve en agua habría creado condiciones ácidas que impulsaron la liberación de fósforo de las rocas.
"La Tierra primitiva era un lugar volcánicamente activo, por lo que habría tenido una gran cantidad de roca volcánica fresca reaccionando con dióxido de carbono y suministrando carbonato y fósforo a los lagos", dice el primer autor del estudio Jonathan Toner, profesor asistente de investigación de la Universidad de Washington en ciencias de la Tierra y el espacio. "La Tierra primitiva podría haber albergado muchos lagos ricos en carbonato, que habrían 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, el ADN y el ARN. Antes de eso, los investigadores habían luchado por encontrar un entorno natural con suficiente cianuro para mantener el origen de la vida. El cianuro es venenoso para los humanos, pero no para los microbios primitivos, y es crítico para el tipo de química que fácilmente crea los componentes básicos de la vida.
El estudio aparece en la revista PNAS: A carbonate-rich lake solution to the phosphate problem of the origin of life
