De eerste levensvormen op aarde hadden een pu pu-schaal met ingrediënten nodig om te bestaan, maar een van die ingrediënten, de minerale fosfor, heeft wetenschappers lang in de war gebracht. Niemand wist hoe fosfor, een van de zes belangrijkste chemische elementen van het leven, op vroege aarde overvloedig genoeg werd om leven te laten uitbarsten.
Nu hebben onderzoekers misschien het antwoord; meren die op droge locaties op de vroege aarde gedijen, speelden waarschijnlijk een sleutelrol bij het leveren van fosfor, schreven onderzoekers in een nieuwe studie die op 30 december werd gepubliceerd in het tijdschrift Proceedings van de National Academy of Sciences.
De bevinding verklaart hoe dit schaarse mineraal overvloedig aanwezig is in de oersoep van de aarde. Simpel gezegd, het helpt wetenschappers te begrijpen hoe het leven waarschijnlijk is ontstaan. "Al 50 jaar lang wordt het zogeheten 'fosfaatprobleem' geplaagd door studies over de oorsprong van het leven ', zegt co-onderzoeker Jonathan Toner, een assistent-professor in de aard- en ruimtevaartwetenschappen aan de Universiteit van Washington, in een verklaring.
Fosfor is cruciaal voor het leven zoals we het kennen. Het mineraal helpt de ruggengraat vormen van DNA- en RNA-moleculen; verankert lipiden of vetten die cellen scheiden van de omgeving om hen heen; en helpt bij het leveren van levensenergie, die dient als het hoofdbestanddeel van moleculen zoals adenosinetrifosfaat of ATP.
Om het "fosfaatprobleem" te onderzoeken, keken de onderzoekers in de nieuwe studie naar carbonaatrijke meren, die in droge omgevingen voorkomen. Deze meren, ook wel frisdrankmeren genoemd, ontstaan wanneer water uit het omringende landschap in een depressie stroomt. Door verdamping wordt het meerwater zout en alkalisch (wat betekent dat het een hoge pH heeft).
De onderzoekers hebben fosformetingen uitgevoerd in frisdrankmeren over de hele wereld, waaronder in de Mono- en Searles-meren in Californië, het Magadi-meer in Kenia en het Lonar-meer in India.
Hoewel de fosforconcentraties per seizoen varieerden, hadden deze carbonaatrijke meren tot 50.000 keer meer fosfor dan in zeewater, rivieren en andere soorten meren wordt gevonden, aldus Toner en mede-onderzoeker David Catling, een professor in de aarde en de ruimte wetenschappen aan de Universiteit van Washington.
Deze hoge concentraties suggereerden dat een natuurlijk proces ervoor zorgde dat fosfor zich ophoopt in deze meren, aldus de onderzoekers. Het was echter moeilijk om op de meren zelf te experimenteren, omdat ze een prachtige reeks dieren bevatten die de chemische samenstelling van elk meer beïnvloeden. Het Afrikaanse Magadimeer herbergt bijvoorbeeld een beroemde kudde flamingo's.
Om te begrijpen hoe een levenloos meer tot leven zou kunnen komen, experimenteerden de onderzoekers met carbonaatrijk water in flessen.
Het team merkte op dat sodameren vanwege hun carbonaatgehalte een hoog fosforgehalte hebben. Normaal gesproken bindt calcium in meren zich aan fosfor om vaste mineralen van calciumfosfaat te maken, waardoor hun samenstellende mineralen ontoegankelijk worden voor het leven. Maar in meren met een hoog carbonaatgehalte overtreft carbonaat fosfaat in binding aan calcium. Als gevolg hiervan is een deel van het fosfaat vrij beschikbaar in het water, volgens experimenten van Toner en Catling.
'Het is een rechttoe rechtaan idee en dat spreekt zijn aantrekkingskracht aan', zei Toner. 'Het lost het fosfaatprobleem op een elegante en plausibele manier op.'
'Het is het seizoen
Tijdens droge seizoenen kunnen de fosfaatspiegels in frisdrankmeren stijgen, wat betekent dat deze lichamen 1 miljoen keer meer fosfaat kunnen bevatten dan in zeewater.
"De extreem hoge fosfaatconcentraties in deze meren en vijvers zouden reacties hebben veroorzaakt die fosfor in de moleculaire bouwstenen van RNA, eiwitten en vetten plaatsten, die allemaal nodig waren om het leven op gang te brengen", zei Catling in de verklaring.
Ongeveer 4 miljard jaar geleden zou de koolstofdioxide-rijke lucht van de vroege aarde hebben bijgedragen aan het creëren van dergelijke meren met een hoog fosforgehalte, aldus de onderzoekers. Dat komt omdat carbonaatrijke meren vaak ontstaan waar atmosferen een hoog kooldioxidegehalte hebben. Bovendien lost kooldioxide op in water, waardoor het zuurder wordt, wat op zijn beurt fosfor uit rotsen vrijmaakt.
'De vroege aarde was een vulkanisch actieve plaats, dus je zou veel vers vulkanisch gesteente hebben gehad dat reageerde met koolstofdioxide en carbonaat en fosfor aan meren leverde', zei Toner. 'De vroege aarde had veel carbonaatrijke meren kunnen bevatten, die voldoende fosforconcentraties zouden hebben om het leven op gang te brengen.'
Deze studie is een aanvulling op een ander artikel dat de twee onderzoekers in 2019 publiceerden, waaruit blijkt dat frisdrankmeren ook voldoende cyanide kunnen leveren, een chemische stof die dodelijk is voor mensen, maar niet voor primitieve microben. Cyanide had de vorming van aminozuren en nucleotiden kunnen ondersteunen, de bouwstenen van eiwitten, DNA en RNA - in wezen de belangrijkste ingrediënten van het leven, aldus de onderzoekers.
