احتمال پیدایش حیات از دریاچه‌های غنی از فسفر

MacTavish · 24/2/20

پیدایش حیات مستلزم عنصری به نام فسفر است؛ بطوری که فسفر یکی از شش عنصر شیمیایی اصلی برای حیات برشمرده می‌شود و در ساختار اصلیِ مولکول‌های DNA و RNA نیز نقش دارد. این عنصر برای تامین انرژی سلول ها ضرورت دارد. اما محیط بی‌جان در اوایلِ پیدایش زمین چگونه این عنصر اصلی حیات را تامین می‌کرد؟

دریاچه مونو در شرق کالیفرنیا جریان خروجی ندارد؛ لذا نمک با گذشت زمان انباشت می‌شود. غلظت بالای نمک در این دریاچۀ غنی از کربنات می‌تواند زمینه را برای ایجاد ستون فراهم نماید. اعتبار عکس: متیو دیلون
به گزارش بیگ بنگ، «جاناتان تونر» استادیار علوم زمین و فضا و محقق از دانشگاه واشنگتن بیان کرد: «مسئله فسفات برای ۵۰ سال است که مطالعه منشاء حیات را به امری چالش‌برانگیز تبدیل کرده است.» مشکل این است که واکنش‌های شیمیاییِ دخیل در تشکیل عناصر اصلی حیات به فسفر ِ زیادی نیاز دارند، اما فسفر نادر است. یک مطالعۀ جدید، در انواع مشخصی از دریاچه‌ها به دنبال پاسخی برای پرسش فوق بوده است.

مطالعۀ حاضر بر روی آن دسته از دریاچه‌های غنی از کربنات تمرکز دارد که در محیط‌های خشک به وجود می‌آید. به دلیل میزان بالای تبخیر، آب دریاچه به شکل محلول‌های دارای pH زیاد، شور و قلیایی یافت می‌شود. چنین دریاچه‌هایی که با عنوان دریاچه‌های قلیایی نیز شناخته می‌شوند، در همۀ قاره‌های زمین وجود دارند. محققان در ابتدا میزان فسفر در دریاچه‌های غنی از کربنات را مورد بررسی و اندازه‌گیری قرار دادند؛ از جمله این دریاچه‌ها می‌توان به دریاچه مونو واقع در کالیفرنیا، دریاچه ماگادی در کنیا و دریاچه لونار در هندوستان اشاره کرد.

این عکس که در سال ۲۰۰۷ گرفته شده، دریاچه ماگادی در کنیا را نشان می‌دهد؛ دریاچه غنی از کربنات که بسـ*ـتر آن از جنس سنگ‌های آتشفشانی است. آب شور این دریاچه غنی از میکروب است و سایر موجودات زنده از قبیل فلامینگوها و گورخرها را به سوی خود جذب می‌کند. اعتبار عکس: استیگ نیگارد
اگرچه غلظت دقیق فسفر به محل جمع‌آوری نمونه‌ها و بازه‌های مختلف در طول فصول بستگی دارد، اما محققان دریافتند که دریاچه‌های غنی از کربنات، بیش از ۵۰ هزار برابر فسفر بیشتری در مقایسه با آب دریاها، رودخانه‌ها و انواع دیگری از دریاچه‌ها دارند. چنین غلظت بالایی از وجود نوعی سازوکارِ طبیعیِ مشترک حکایت دارد که فسفر را در این دریاچه‌ها جمع می‌کند. امروزه، این دریاچه‌های غنی از کربنات، غِنای زیستی زیادی دارند و میزبان موجودات زنده متعددی هستند؛ از میکروب‌ها گرفته تا دسته‌های مشهوری از فلامینگوهای دریاچه ماگادی. این موجودات زنده بر وضعیت شیمیایی دریاچه تاثیر می‌گذارند.

بنابراین، محققان آزمایش‌هایی را به کمک بطری‌های آبِ غنی از کربنات در آزمایشگاه ترتیب دادند؛ این بطری‌ها با ترکیبات شیمیایی مختلفی به آزمایشگاه آورده شده بودند. هدف محققان از این کار، درک چگونگی انباشتِ فسفر توسط دریاچه‌ها و چگونگی ورود غلظت‌های بالای فسفر به درون محیط‌های بی‌جان می‌باشد.

دلیل وجود غلظت بالای فسفر در این آب‌ها، محتوای کربنات آنهاست. در اکثر دریاچه‌ها، کلسیم به فسفر می‌چسبد تا مواد معدنی فسفات کلسیم جامد ساخته شود؛ حیات نمی‌تواند به این مواد معدنی دسترسی داشته باشد. لازم بذکر می‌باشد که کلسیم از عنصرهای فراوان در کره زمین به شمار می‌آید. اما کربنات در آب‌های غنی از کربنات، در رقابت با فسفات برای چسبیدن به کلسیم پیروز می‌شود، لذا مقداری از فسفات فرصت اتصال پیدا نمی‌کند. آزمایش‌های مربوط به ترکیبات ادغام شده با غلظت‌های مختلف نشان داد که کلسیم به کربنات وصل شده و فسفات را بطور آزاد در آب رها می‌کند.

نقاط رنگی، میزان فسفرِ اندازه‌گیری شده در دریاچه‌هایِ مختلف غنی از کربنات سرتاسر جهان است. دریاچه‌هایِ غنی از کربناتِ موجود می‌توانند تا ۵۰۰۰۰ برابر سطح فسفات بیشتری در مقایسه با آب دریاها داشته باشند؛ بالاترین میزان فسفات اندازه‌گیری شده به دریاچه «گود ایناف» بریتیش کلمبیا و سامانه دریاچه‌ای «لَست چَنس» تعلق دارد (رنگ زرد)

تونر گفت: «این ایده پیچیده است؛ اما مرا مجذوب خود می‌سازد. این ایده مسئلۀ فسفات به صورت زیبا و توجیه‌پذیر حل می‌کند. میزان فسفات می‌تواند به یک میلیون برابر بیشتر از در آب دریا هم افزایش پیدا کند؛ به ویژه زمانیکه آب دریاچه‌ها در طول فصول خشک تبخیر می‌شود. غلظت بسیار بالای فسفات در این دریاچه‌ها و برکه‌ها احتمالا در بروز واکنش‌هایی نقش دارد که فسفر را در اختیار اجزای اصلی مولکولیِ RNA، پروتئین‌ها و چربی‌ها قرار می‌دهد؛ همه این مواد یاد شده برای حیات و تداوم آن ضروری هستند.»

هوایِ غنی از کربن دی اکسید در نخستین سال‌هایِ پیدایش زمین (یعنی تقریباً چهار میلیارد سال گذشته) احتمالا برای ایجاد چنین دریاچه‌هایی ایده‌آل بوده است و این فرصت را به آنها داده تا بیشترین میزانِ فسفر را در اختیار داشته باشند. دریاچه‌های غنی از کربنات معمولا در اتمسفرهایی با کربن دی اکسید بالا شکل می‌گیرند. افزون بر این، کربن دی اکسید در آب حل می‌شود تا شرایط اسیدی به وجود بیاورد که فسفر را از سنگ‌ها آزاد می‌سازد. محققان گفتند: «زمینِ اولیه با فعالیت‌های آتشفشانی گسترده‌ای همراه بود؛ بنابراین مقادیر زیادی سنگ آتشفشانی تازه وجود داشت که با کربن دی اکسید واکنش کرده و کربنات و فسفر را در اختیار دریاچه‌ها میگذاشت. زمین اولیه به احتمال زیاد، میزبانِ تعداد زیادی دریاچه غنی از کربنات بوده است. این دریاچه‌ها برای پشتیبانی از حیات و موجودات زنده، غلظت بالایی از فسفر داشتند.»

دو محقق دیگر در مطالعات خود به این نتیجه رسیدند که این نوع دریاچه‌ها می‌توانند سیانید فراوانی را برای پشتیبانی از شکل‌گیریِ آمینواسیدها و نوکلئوتیدها فراهم کنند؛ این دو از اجزای اصلی پروتئین‌ها، DNA و RNA هستند. قبل از آن، محققان با دشواری زیادی برای یافتن یک محیط طبیعی با سیانید کافی مواجه بودند که توان پشتیبانی از منشاء حیات را داشته باشد. سیانید برای انسان‌ها مضر و سمی است؛ اما میکروب‌های اولیه در برابر آن مصون بودند.