Las aguas someras de los lagos de soda muestran promesa como cunas de vida en la Tierra.

22 de enero de 2024

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por Hannah Hickey, Universidad de Washington

Charles Darwin propuso que la vida podría haber surgido en un 'pequeño estanque cálido' con la combinación adecuada de productos químicos y energía. Un estudio de la Universidad de Washington, publicado este mes en Communications Earth & Environment, informa que un 'lago sódico' poco profundo en el oeste de Canadá muestra promesas para cumplir con esos requisitos. Los hallazgos brindan nuevo apoyo para la idea de que la vida podría haber surgido de los lagos en la Tierra primitiva, hace aproximadamente 4 mil millones de años.

Los científicos saben que bajo las condiciones adecuadas, las moléculas complejas de la vida pueden surgir espontáneamente. Como se muestra recientemente en la exitosa película "Lecciones de Química", las moléculas biológicas pueden formarse a partir de moléculas inorgánicas. De hecho, mucho después del descubrimiento real de los aminoácidos, los bloques de construcción de las proteínas, en la década de 1950, investigaciones más recientes han creado los bloques de construcción de ARN. Pero este siguiente paso requiere concentraciones extremadamente altas de fosfato.

El fosfato forma el 'esqueleto' del ARN y el ADN, y también es un componente clave de las membranas celulares. Las concentraciones de fosfato requeridas para formar estas biomoléculas en el laboratorio son cientos de miles a un millón de veces mayores que los niveles normalmente encontrados en ríos, lagos o el océano. Esto se ha llamado el 'problema del fosfato' para el surgimiento de la vida, un problema que los lagos sódicos podrían haber resuelto.

'Creo que estos lagos sódicos brindan una respuesta al problema del fosfato', dijo el autor principal David Catling, profesor de Ciencias de la Tierra y el Espacio de la Universidad de Washington. 'Nuestra respuesta es esperanzadora: este entorno debería haber ocurrido en la Tierra primitiva y probablemente en otros planetas, porque es solo un resultado natural de cómo se forman las superficies planetarias y cómo funciona la química del agua'.

Los lagos sódicos reciben su nombre por tener altos niveles de sodio y carbonato disueltos, similar al bicarbonato de sodio disuelto. Esto ocurre a partir de las reacciones entre el agua y las rocas volcánicas subyacentes. Los lagos sódicos también pueden tener altos niveles de fosfato disuelto.

Investigaciones anteriores de la Universidad de Washington en 2019 encontraron que las condiciones químicas para que surja vida podrían ocurrir teóricamente en lagos sódicos. Los investigadores combinaron modelos químicos con experimentos de laboratorio para demostrar que los procesos naturales pueden teóricamente concentrar fosfato en estos lagos hasta niveles hasta 1 millón de veces mayores que en las aguas típicas.

Para el nuevo estudio, el equipo se propuso estudiar un ambiente así en la Tierra. Por coincidencia, el candidato más prometedor estaba a distancia de conducción. Escondido al final de una tesis de maestría de la década de 1990 se encontraba el nivel de fosfato natural más alto conocido en la literatura científica en el lago Last Chance en el interior de la Columbia Británica, Canadá, a unas siete horas en coche de Seattle.

El lago tiene aproximadamente un pie de profundidad y agua turbia con niveles fluctuantes. Se encuentra en tierras federales al final de un polvoriento camino de tierra en el Plateau Cariboo, en las zonas de cría de ganado de la Columbia Británica. El lago poco profundo cumple con los requisitos de un lago sódico: un lago sobre rocas volcánicas (en este caso, basalto) combinado con una atmósfera seca y ventosa que evapora el agua entrante para mantener bajos los niveles de agua y concentrar los compuestos disueltos dentro del lago.

El análisis publicado en el nuevo artículo sugiere que los lagos sódicos son un fuerte candidato para el surgimiento de la vida en la Tierra. También podrían ser un candidato para la vida en otros planetas.

'Hemos estudiado un entorno natural que debería ser común en todo el sistema solar. Las rocas volcánicas son frecuentes en las superficies de los planetas, por lo que esta misma química del agua podría haber ocurrido no solo en la Tierra primitiva, sino también en Marte primitivo y Venus primitivo, si hubiera agua líquida', dijo el autor principal Sebastian Haas, investigador postdoctoral de la Universidad de Washington en Ciencias de la Tierra y del Espacio.

El equipo de la Universidad de Washington visitó el lago Last Chance tres veces desde 2021 hasta 2022. Recopilaron observaciones a principios de invierno, cuando el lago estaba cubierto de hielo; a principios de verano, cuando los manantiales alimentados por la lluvia y los arroyos alimentados por el deshielo de la nieve elevan el nivel del agua a su máximo; y a finales del verano, cuando el lago casi se había secado por completo.

'Tienes esta superficie de sal aparentemente seca, pero también hay recovecos. Y entre la sal y el sedimento hay pequeños bolsillos de agua que tienen una alta concentración de fosfato disuelto', dijo Haas. 'Lo que queríamos entender era por qué y cuándo podría ocurrir esto en la Tierra antigua, para proporcionar una cuna para el origen de la vida'.

En las tres visitas, el equipo recolectó muestras de agua, sedimento del lago y costra de sal para comprender la química del lago.

In most lakes the dissolved phosphate quickly combines with calcium to form calcium phosphate, the insoluble material that makes up our tooth enamel. This removes phosphate from the water. But in Last Chance Lake, calcium combines with plentiful carbonate as well as magnesium to form dolomite, the same mineral that forms picturesque mountain ranges. This reaction was predicted by the previous modeling work and confirmed when dolomite was plentiful in Last Chance Lake's sediments. When calcium turns into dolomite and does not remain in the water, the phosphate lacks a bonding partner—and so its concentration rises.

'This study adds to growing evidence that evaporative soda lakes are environments meeting the requirements for origin-of-life chemistry by accumulating key ingredients at high concentrations,' Catling said.

The study also compared Last Chance Lake with Goodenough Lake, a roughly three-foot-deep lake with clearer water and different chemistry just a two-minute walk away, to learn what makes Last Chance Lake unique. The researchers wondered why life, present in all modern lakes at some level, was not using up the phosphate in Last Chance Lake.

Goodenough Lake has mats of cyanobacteria that extract or 'fix' nitrogen gas from the air. Cyanobacteria, like all other lifeforms, also require phosphate—and its growing population consumes some of that lake water's phosphate supply. But Last Chance Lake is so salty that it inhibits living things that do the energy-intensive work of fixing atmospheric nitrogen. Last Chance Lake harbors some algae but has insufficient available nitrogen to host more life, allowing phosphate to accumulate. This also makes it a better analog for a lifeless Earth.

'These new findings will help inform origin-of-life researchers who are either replicating these reactions in the lab or are looking for potentially habitable environments on other planets,' Catling said.

Journal information: Communications Earth & Environment

Provided by University of Washington