Къде по-точно е люлката на живота?

Къде е започнал животът? През 1871 г., докато размишлява върху този въпрос, Чарлз Дарвин изказва предположението, че животът може да е възникнал в „малко топло езерце“ на повърхността на първичната Земя. Оттогава учените са научили, че сложните молекули на живота наистина могат да се появят от неорганични материали, открити в някои водни басейни. Необходими са само подходящите условия. Сега ново изследване показва, че плитките „содени езера“ в Западна Канада могат да отговарят на тези условия.

През 1952 г. американският химик Стенли Милър под ръководството на Харолд К. Ури провежда така наречения експеримент на Милър-Ури, при който се проверява дали органични молекули могат да бъдат създадени от неорганични. По време на този експеримент учените установяват, че аминокиселините (градивните елементи на белтъците) и други органични молекули могат да бъдат създадени от условията на околната среда през ранната Земя. По този начин убедително се демонстрира химичната еволюция, при която сложни химични вещества могат да се появят от прости с течение на времето.

Оттогава изследователите показват, че градивните елементи на РНК също могат да бъдат създадени по подобен начин, но чрез процес, който изисква изключително високи концентрации на фосфати. Това е така, защото фосфатите образуват „гръбнака“ на РНК и ДНК, а също така са и компонент на клетъчните мембрани.

Но около тези фосфати е имало един проблем в миналото: за да създадат биомолекули в лаборатория, изследователите трябва да използват концентрации на фосфати, които са стотици до 1 милион пъти по-високи от нивата, които обикновено се срещат в естествените реки, езера или океани. Този проблем е бил пречка за формирането на хипотезата за живота.

Содените езера обаче могат да го решат.

Фосфатите са съединения на фосфора. А това са три от алотропите на фосфора – бял (ляво); червен (център); виолетов (дясно).

„Мисля, че тези содени езера дават отговор на проблема с фосфатите“, казва в изявлението си старшият автор Дейвид Катлинг, професор по науки за Земята и космоса във Вашингтонския университет. „Нашият отговор е обнадеждаващ: Тази среда би трябвало да се появи на ранната Земя, а вероятно и на други планети, защото е просто естествен резултат от начина, по който са направени планетарните повърхности и как работи химията на водата.“

Содовите езера са наречени така заради високите нива на разтворен в тях натрий и карбонат, коeто много прилича на разтворената сода за хляб. Те получават това свойство от взаимодействието между водата и вулканичните скали под повърхността им. Важно е да се отбележи, че тези езера могат да съдържат и високи нива на разтворен фосфат.

През 2019 г. друга работа на Вашингтонския университет показа, че те може да са били горещата точка за появата на ранния живот. Чрез комбиниране на химически модели с лабораторни експерименти бе установено, че естествените процеси теоретично биха могли да концентрират нивата на фосфат до 1 милион пъти по-високи от обичайните.

В новото изследване изследователите се впускат в търсене на потенциални примери за такива условия в природата. Това ги отвежда до езерото Ласт Чанс в Британска Колумбия, Канада.

Това езеро е дълбоко около 30 см, с различни мътни петна и отговаря на изискванията за содено езеро. Намира се над вулканична скала (базалт) и е заобиколено от суха, ветровита атмосфера, която поддържа ниски нива на водата, което позволява по-високи концентрации на разтворени съединения.

Екипът посещава езерото три пъти в периода 2021-2022 г.: той събира наблюдения в началото на зимата, когато водата е замръзнала; в началото на лятото, когато дъждовете и топящите се ледени потоци повишават нивото ѝ; и в края на лятото, когато то почти пресъхва.

В повечето езера разтвореният фосфат бързо се свързва с калция и образува калциев фосфат – твърдото вещество, от което е направен емайлът на зъбите ни. По този начин фосфатът се отстранява от водата. Но в Ласт Чанс калцият се свързва с карбонат и магнезий, образувайки доломит. Това означава, че фосфатът няма партньор за свързване, поради което концентрацията му се повишава.

„Това изследване добавя все повече доказателства, че изпаряващите се содени езера стават среда, която отговаря на изискванията за химията на произхода на живота, като натрупват ключови съставки във високи концентрации“, казва Катлинг.

В други езера, като например близкото езеро Гуденоф, всеки свободен фосфат обикновено се използва от други форми на живот, например цианобактерии – но в Ласт Чанс съдържанието на сол е толкова високо, че има малко живи организми, които да го консумират. Това, според екипа, допринася за пригодността му като аналог на иначе безжизнената Земя.

„Тези нови открития ще помогнат на изследователите на произхода на живота, които или възпроизвеждат тези реакции в лабораторията, или търсят потенциално обитаеми среди на други планети“, казва Катлинг.