A vida como a conhecemos requer fósforo. É um dos seis principais elementos químicos da vida, forma a espinha dorsal das moléculas de DNA e RNA, atua como a principal fonte de energia em todas as células e ancora os lipídios que separam as células do ambiente circundante.

Mas como um ambiente sem vida na Terra primitiva fornecia esse ingrediente-chave?

"Por 50 anos, o que é chamado de 'o problema do fosfato, 'atrapalhou estudos sobre a origem da vida, "disse o primeiro autor Jonathan Toner, um professor assistente de pesquisa da Universidade de Washington em ciências da Terra e espaciais.

O problema é que as reações químicas que formam os blocos de construção dos seres vivos precisam de muito fósforo, mas o fósforo é escasso. Um novo estudo UW, publicado em 30 de dezembro na Proceedings of the National Academy of Sciences , encontra uma resposta para este problema em certos tipos de lagos.

O estudo se concentra em lagos ricos em carbonatos, que se formam em ambientes secos dentro de depressões que afunilam a água que drena da paisagem circundante. Por causa das altas taxas de evaporação, as águas do lago se concentram em salgadas e alcalinas, ou alto pH, soluções. Esses lagos, também conhecido como alcalino ou lagos de soda, são encontrados em todos os sete continentes.

Os pesquisadores primeiro analisaram as medições de fósforo em lagos ricos em carbonato existentes, incluindo Mono Lake na Califórnia, Lago Magadi no Quênia e Lago Lonar na Índia.

Embora a concentração exata dependa de onde as amostras foram coletadas e durante a temporada, os pesquisadores descobriram que lagos ricos em carbonato têm até 50, 000 vezes os níveis de fósforo encontrados na água do mar, rios e outros tipos de lagos. Essas altas concentrações apontam para a existência de alguns mecanismo natural que acumula fósforo nesses lagos.

Hoje, esses lagos ricos em carbonato são biologicamente ricos e sustentam vidas que vão desde micróbios até os famosos bandos de flamingos do Lago Magadi. Essas coisas vivas afetam a química do lago. Então, os pesquisadores fizeram experimentos de laboratório com garrafas de água rica em carbonato em diferentes composições químicas para entender como os lagos acumulam fósforo, e como altas concentrações de fósforo podem chegar em um ambiente sem vida.

A razão pela qual essas águas têm alto teor de fósforo é seu conteúdo de carbonato. Na maioria dos lagos, cálcio, que é muito mais abundante na Terra, liga-se ao fósforo para formar minerais sólidos de fosfato de cálcio, que a vida não pode acessar. Mas em águas ricas em carbonato, o carbonato supera o fosfato para se ligar ao cálcio, deixando parte do fosfato solto. Os testes de laboratório que combinaram ingredientes em diferentes concentrações mostram que o cálcio se liga ao carbonato e deixa o fosfato disponível livremente na água.

"É uma ideia simples, qual é o seu apelo, "Toner disse." Resolve o problema do fosfato de uma forma elegante e plausível. "

Os níveis de fosfato podem subir ainda mais, a um milhão de vezes os níveis da água do mar, quando as águas do lago evaporam durante as estações secas, ao longo da costa, ou em piscinas separadas do corpo principal do lago.

"Os níveis extremamente altos de fosfato nesses lagos e lagoas teriam conduzido reações que colocaram o fósforo nos blocos de construção moleculares do RNA, proteínas, e gorduras, tudo o que foi necessário para manter a vida, "disse o co-autor David Catling, professor de ciências terrestres e espaciais da UW.

O ar rico em dióxido de carbono na Terra primitiva, cerca de quatro bilhões de anos atrás, teria sido ideal para criar esses lagos e permitir que eles atingissem níveis máximos de fósforo. Lagos ricos em carbonato tendem a se formar em atmosferas com alto teor de dióxido de carbono. Mais, o dióxido de carbono se dissolve na água para criar condições ácidas que liberam fósforo das rochas de maneira eficiente.

"A Terra primitiva era um lugar vulcanicamente ativo, então você teria muitas rochas vulcânicas frescas reagindo com dióxido de carbono e fornecendo carbonato e fósforo aos lagos, "Toner disse." A Terra primitiva poderia ter hospedado muitos lagos ricos em carbonato, que teria concentrações de fósforo suficientemente altas para dar início à vida. "

Outro estudo recente dos dois autores mostrou que esses tipos de lagos também podem fornecer cianeto abundante para apoiar a formação de aminoácidos e nucleotídeos, os blocos de construção das proteínas, DNA e RNA. Antes disso, os pesquisadores lutavam para encontrar um ambiente natural com cianeto suficiente para sustentar uma origem de vida. O cianeto é venenoso para os humanos, mas não para micróbios primitivos, e é fundamental para o tipo de química que prontamente torna os blocos de construção da vida.