I laghi soda poco profondi mostrano promesse come le culle della vita sulla Terra

22 gennaio 2024

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di Hannah Hickey, University of Washington

Charles Darwin ha proposto che la vita potesse essere emersa in una 'piccola pozza calda' con la giusta combinazione di sostanze chimiche ed energia. Uno studio dell'Università di Washington, pubblicato questo mese su Communications Earth & Environment, riporta che un'acqua di lago 'soda' poco profonda nel Canada occidentale sembra promettente nel soddisfare tali requisiti. I risultati forniscono un nuovo supporto affermando che la vita potrebbe essere emersa dai laghi sulla terra primitiva, circa 4 miliardi di anni fa.

Gli scienziati sanno che, nelle giuste condizioni, le molecole complesse della vita possono emergere spontaneamente. Come recentemente riportato nel successo cinematografico "Lezioni di chimica", le molecole biologiche possono essere stimolate a formarsi da molecole inorganiche. Infatti, anche molto dopo la scoperta degli aminoacidi, i mattoni delle proteine, risalente agli anni '50, i lavori successivi hanno dato origine ai mattoncini dell'RNA. Ma questa fase successiva richiede concentrazioni estremamente elevate di fosfato.

Il fosfato forma lo "scheletro" dell'RNA e del DNA ed è anche un componente chiave delle membrane cellulari. Le concentrazioni di fosfato necessarie per formare queste biomolecole in laboratorio sono centinaia o anche un milione di volte superiori rispetto ai livelli normalmente presenti nei fiumi, nei laghi o nell'oceano. Questo problema è stato chiamato "problema del fosfato" per l'origine della vita, un problema che i laghi soda potrebbero aver risolto.

'Penso che questi laghi soda forniscono una risposta al problema del fosfato', ha detto l'autore principale David Catling, professore di scienze della terra e dello spazio alla UW. 'La nostra risposta è promettente: Questo ambiente dovrebbe presentarsi sulla terra primitiva e probabilmente su altri pianeti, perché è semplicemente una conseguenza naturale del modo in cui le superfici planetarie si formano e del funzionamento della chimica dell'acqua'.

I laghi soda devono il loro nome all'elevato livello di sodio e carbonati disciolti, simile al bicarbonato di soda disciolto. Questo avviene a causa delle reazioni tra l'acqua e le rocce vulcaniche sottostanti. I laghi soda possono anche avere elevate concentrazioni di fosfato disciolto.

La precedente ricerca condotta all'UW nel 2019 ha dimostrato che le condizioni chimiche per l'emergere della vita potrebbero teoricamente verificarsi nei laghi soda. I ricercatori hanno combinato modelli chimici con esperimenti di laboratorio per dimostrare che i processi naturali potrebbero teoricamente concentrare il fosfato in questi laghi a livelli fino a 1 milione di volte superiori rispetto alle acque tipiche.

Per il nuovo studio, il team si è proposto di studiare un simile ambiente sulla Terra. Per una coincidenza, il candidato più promettente si trovava a poca distanza di guida. Nascosto alla fine di una tesi di laurea degli anni '90, si trovava il livello di fosfato naturale più alto noto nella letteratura scientifica presso il Lago Last Chance nel centro della Columbia Britannica, Canada, a circa sette ore di guida da Seattle.

Il lago ha circa un piede di profondità e ha acqua torbida con livelli variabili. È situato su terreni federali alla fine di una strada sterrata polverosa sullo stato di Cariboo, nelle praterie della Columbia Britannica. Il lago poco profondo soddisfa i requisiti di un lago soda: un lago sopra una roccia vulcanica (in questo caso basalto) combinato con un'atmosfera secca e ventosa che fa evaporare l'acqua in ingresso per mantenere bassi i livelli dell'acqua e concentra i composti disciolti all'interno del lago.

L'analisi pubblicata nel nuovo articolo suggerisce che i laghi soda sono una forte candidatura per l'emergere della vita sulla Terra. Potrebbero anche essere una candidata per la vita su altri pianeti.

'Abbiamo studiato un ambiente naturale che dovrebbe essere comune in tutto il sistema solare. Le rocce vulcaniche sono presenti in abbondanza sulla superficie dei pianeti, quindi questa stessa chimica dell'acqua potrebbe essersi verificata non solo sulla terra primitiva, ma anche su Marte primordiale e Venere primordiale, se l'acqua liquida fosse presente', ha detto l'autore principale Sebastian Haas, un ricercatore post-dottorato in scienze della terra e dello spazio all'UW.

Il team dell'UW ha visitato il Lago Last Chance tre volte dal 2021 al 2022. Hanno raccolto osservazioni all'inizio dell'inverno, quando il lago era coperto di ghiaccio; all'inizio dell'estate, quando le sorgenti alimentate dalla pioggia e i torrenti alimentati dallo scioglimento della neve portavano l'acqua ai livelli più alti; e alla fine dell'estate, quando il lago era quasi completamente prosciugato.

'Hai questa distesa di sale apparentemente secca, ma ci sono anfratti e fessure. E tra il sale e il sedimento ci sono piccole pozze d'acqua con una concentrazione molto alta di fosfato disciolto', ha detto Haas. 'Quello che volevamo capire era perché e quando poteva essere successo sulla terra antica, al fine di fornire una culla per l'origine della vita'.

In tutte e tre le visite il team ha raccolto campioni di acqua, sedimenti lacustri e croste di sale per comprendere la chimica 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