Всему живому, хоть микробам, хоть обезьянам, критически необходим фосфор — и в преизрядных количествах. Он входит в состав ДНК и РНК, энергетической молекулы АТФ и липидов, образующих клеточные мембраны. Важная роль элемента долгое время озадачивала исследователей, изучающих зарождение жизни, поскольку он не встречается в изобилии в большинстве водных сред — там, где это, вероятно, происходило.
Ученые нашли объяснение — сразу три исследования подтвердили недавнее предположение о том, что подходящие условия могла создать вулканическая активность вокруг сильно щелочных содовых озер.
Фосфорную проблему впервые сформулировал американский биохимик Аддисон Гулик еще в 1955 году. Он подсчитал, что для зарождения жизни требуется концентрация фосфатов в воде в 10 тысяч раз большая, чем в океанах, реках и большинстве озер.
В сентябре 2024 года в журнале Communications Earth & Environment вышла статья, авторы которой обнаружили, что высокая температура — сравнимая с теми, что встречаются в горячих источниках или гидротермальных средах на суше, — способствует образованию фосфатов, а высыхание водоемов доводит их концентрацию до нужного уровня.
Содовые озера — еще одно место, где это могло происходить, предположили ученые из Вашингтонского университета Дэвид Кэтлинг и Джонатан Тонер в 2019 году в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Такие озера формируются в вулканических средах, в закрытых бассейнах, заполняемых стоками, которые вымывают натрий и карбонаты из вулканических пород.
В этих водоемах часто наблюдаются высокие уровни фосфатов. В обычных озерах или океанах кальций легко связывает их в нерастворимые осадки, а в содовых он расходуется на карбонаты, и фосфаты остаются в растворе, предположили Кэтлинг и Тонер. Однако оставалось неясным, почему сегодня жизнь процветает в одних содовых озерах, но с трудом выживает в других.
Кэтлинг и его коллеги измерили точные поступления и стоки фосфора в паре небольших содовых озер в Британской Колумбии. Эти данные легли в основу исследования в журнале Geochimica et Cosmochimica Acta.
В одном озере отмечены умеренный уровень фосфора и бурная жизнь, другое слишком соленое для микробов — и запредельная концентрация фосфатов.
Такие типичные для ранней Земли озера, немногим больше мелких прудов, могли дать толчок первой жизни — до тех пор, пока фосфор не иссякнет, пришли к выводу исследователи.
Сложнее истратить весь фосфор в более крупных озерах, подобных исследованным Крейгом Уолтоном из Кембриджского университета — его с коллегами работа вышла недавно в Science Advances. Но там изначальная концентрация меньше.
Сочетание вулканической активности и содовых озер Уолтон назвал «почти геологическим решением» фосфорной проблемы.
Следует соблюдать разумную осторожность с любыми выводами о событиях, происходивших миллиарды лет назад, уверена биохимик Мартина Прайнер из Института земной микробиологии Макса Планка.
«Здесь есть неопределенность, с которой нам просто приходится мириться», — заметила она.
