وبلاگ

دانشمندان می‌دانند که تحت شرایط مناسب، مولکول‌های پیچیده حیات می‌توانند خود به خود ظاهر شوند. همانطور که اخیراً در فیلم پرفروش درس‌های شیمی ابداع شد، می‌توان مولکول‌های بیولوژیکی را متقاعد کرد که از مولکول‌های غیرآلی تشکیل شوند. در واقع، مدت‌ها پس از کشف واقعی در دهه 1950 که اسیدهای آمینه را به بلوک‌های سازنده پروتئین‌ها تبدیل کرد، کارهای جدیدتر بلوک‌های سازنده RNA را ساختند. اما این مرحله بعدی نیاز به غلظت بسیار بالایی از فسفات دارد.

فسفات “ستون فقرات” RNA و DNA را تشکیل می دهد و همچنین جزء کلیدی غشای سلولی است. غلظت فسفات مورد نیاز برای تشکیل این مولکول‌های زیستی در آزمایشگاه صدها تا یک میلیون برابر بیشتر از سطحی است که معمولاً در رودخانه‌ها، دریاچه‌ها یا اقیانوس‌ها یافت می‌شود. این را «مشکل فسفات» برای پیدایش حیات نامیده‌اند – مشکلی که دریاچه‌های سودا ممکن است آن را حل کرده باشند.

نویسنده ارشد دیوید کاتلینگ، استاد UW در علوم زمین و فضایی، گفت: “من فکر می کنم این دریاچه های سودا پاسخی به مشکل فسفات می دهند.” پاسخ ما دلگرم‌کننده است: این محیط باید در زمین اولیه و احتمالاً سیارات دیگر رخ می‌داد، زیرا صرفاً یک نتیجه طبیعی از نحوه ایجاد سطوح سیاره‌ای و نحوه عملکرد شیمی آب است.

دریاچه های سودا نام خود را از وجود سطوح بالای سدیم و کربنات محلول، شبیه به جوش شیرین محلول گرفته اند. این توسط واکنش های بین آب و سنگ های آتشفشانی زیر ایجاد می شود. دریاچه های سودا همچنین می توانند سطوح بالایی از فسفات محلول داشته باشند.

تحقیقات قبلی UW در سال 2019 نشان داد که شرایط شیمیایی برای ایجاد حیات از نظر تئوری می تواند در دریاچه های سودا رخ دهد. محققان مدل‌های شیمیایی را با آزمایش‌های آزمایشگاهی ترکیب کردند تا نشان دهند که فرآیندهای طبیعی از نظر تئوری می‌توانند فسفات را در این دریاچه‌ها تا ۱ میلیون برابر بیشتر از آب‌های معمولی متمرکز کنند.

برای مطالعه جدید، این تیم به بررسی چنین محیطی روی زمین پرداخت. به طور تصادفی، امیدوار کننده ترین نامزد در فاصله رانندگی بود. بالاترین سطح فسفات طبیعی شناخته شده در متون علمی در Last Chance Lake در داخل بریتیش کلمبیا، کانادا، در حدود هفت ساعت رانندگی از سیاتل، در پشت پایان نامه کارشناسی ارشد در دهه 1990 قرار داشت.

این دریاچه حدود 1 فوت عمق دارد و دارای آب کدر با سطوح متغیر است. این در زمین فدرال در انتهای یک جاده خاکی خاکی در فلات کاریبو، در استان بریتیش کلمبیا قرار دارد. یک دریاچه کم عمق نیازهای یک دریاچه هوادهی را برآورده می کند: دریاچه ای روی سنگ های آتشفشانی (در این مورد بازالت) همراه با جوی خشک و بادخیز که آب ورودی را تبخیر می کند تا سطح آب را پایین نگه دارد و ترکیبات محلول در دریاچه را متمرکز کند.

تجزیه و تحلیل منتشر شده در مقاله جدید نشان می دهد که دریاچه های سودا کاندیدای قوی برای منشا حیات روی زمین هستند. آنها همچنین می توانند کاندیدای حیات در سیارات دیگر باشند.

“ما در حال بررسی یک محیط طبیعی بودیم که باید برای کل منظومه شمسی مشترک باشد. سباستین هاس، نویسنده ارشد، محقق فوق دکترا، می‌گوید: سنگ‌های آتشفشانی در سطوح سیارات رایج هستند، بنابراین همین ترکیب شیمیایی آب ممکن است نه تنها در اوایل زمین، بلکه در اوایل مریخ و ناهید اولیه نیز وجود داشته باشد، اگر آب مایع وجود داشته باشد. در UW در علوم زمین و فضا.

تیم UW سه بار از سال 2021 تا 2022 از دریاچه آخرین شانس بازدید کردند. در اوایل تابستان، زمانی که چشمه های بارانی و جویبارهای ذوب برف به بالاترین سطح می رسند. و در اواخر تابستان، زمانی که دریاچه تقریباً کاملاً خشک شده بود.

«شما این نمک به ظاهر خشک را دارید، اما گوشه‌ها و شکاف‌هایی وجود دارد. هاس می‌گوید و بین نمک و رسوب، حفره‌های کوچکی از آب وجود دارد که واقعاً فسفات محلول بالایی دارند. آنچه که ما می‌خواستیم بفهمیم این بود که چرا و چه زمانی ممکن است این اتفاق در زمین باستانی رخ دهد تا گهواره‌ای برای منشا حیات فراهم شود.

در هر سه بازدید، تیم نمونه‌های آب، رسوب دریاچه و پوسته نمک را برای درک شیمی دریاچه جمع‌آوری کرد.

در بیشتر دریاچه ها، فسفات محلول به سرعت با کلسیم ترکیب می شود و فسفات کلسیم، ماده نامحلولی که مینای دندان ما را می سازد، تشکیل می دهد. این باعث حذف فسفات از آب می شود. اما در دریاچه آخرین شانس، کلسیم با کربنات فراوان و همچنین منیزیم ترکیب می‌شود و دولومیت را تشکیل می‌دهد، همان ماده معدنی که رشته کوه‌های دیدنی را تشکیل می‌دهد. این پاسخ توسط کار مدل‌سازی قبلی پیش‌بینی شد و زمانی که دولومیت در رسوبات دریاچه آخرین شانس فراوان بود تأیید شد. وقتی کلسیم به دولومیت تبدیل می‌شود و در آب نمی‌ماند، فسفات فاقد شریک اتصال است – و بنابراین غلظت آن افزایش می‌یابد.

کاتلینگ گفت: «این مطالعه به شواهد فزاینده‌ای اضافه می‌کند که دریاچه‌های سودای تبخیری محیط‌هایی هستند که با جمع‌آوری اجزای کلیدی در غلظت‌های بالا، شرایط مورد نیاز برای شیمی منشأ حیات را برآورده می‌کنند.»

این مطالعه همچنین دریاچه Last Chance را با دریاچه Goodenough مقایسه کرد، دریاچه ای با عمق حدود 3 فوت با آب تمیزتر و مواد شیمیایی متفاوت که تنها با دو دقیقه پیاده روی فاصله داشت تا بفهمد چه چیزی دریاچه آخرین شانس را منحصر به فرد می کند. محققان تعجب کردند که چرا زندگی موجود در تمام دریاچه های مدرن در برخی از سطوح از فسفات موجود در دریاچه آخرین شانس استفاده نمی کند.

دریاچه گودناف دارای تشک هایی از سیانوباکتری است که گاز نیتروژن را از هوا استخراج یا «تثبیت» می کند. سیانوباکتری ها، مانند سایر اشکال حیات، به فسفات نیز نیاز دارند – و جمعیت رو به رشد آنها بخشی از ذخایر فسفات موجود در آب دریاچه را مصرف می کند. اما دریاچه آخرین شانس به قدری شور است که موجودات زنده ای را که کار پر انرژی برای تثبیت نیتروژن اتمسفر را انجام می دهند، مهار می کند. دریاچه Last Chance حاوی مقداری جلبک است، اما نیتروژن کافی برای پذیرفتن حیات بیشتر وجود ندارد، و اجازه می دهد فسفات ایجاد شود. این همچنین آن را به یک آنالوگ بهتر برای یک زمین بی جان تبدیل می کند.

کاتلینگ گفت: «این یافته‌های جدید به محققین منشأ حیات که یا در حال تکرار این واکنش‌ها در آزمایشگاه هستند یا در جستجوی محیط‌های بالقوه قابل سکونت در سیارات دیگر هستند، کمک می‌کند.

این تحقیق توسط بنیاد سیمونز تامین مالی شد. نویسنده مشترک دیگر کیمبرلی پاپی سینکلر، دانشجوی کارشناسی ارشد UW در علوم زمین و فضا است. دانشجویان فارغ التحصیل از برنامه اختر زیست شناسی UW نیز در جمع آوری نمونه کمک کردند.