احتمال پیدایش حیات از دریاچههای غنی از فسفر
بيگ بنگ/ پيدايش حيات مستلزم عنصري به نام فسفر است؛ بطوري که فسفر يکي از شش عنصر شيميايي اصلي براي حيات برشمرده ميشود و در ساختار اصليِ مولکولهاي DNA و RNA نيز نقش دارد. اين عنصر براي تامين انرژي سلول ها ضرورت دارد. اما محيط بيجان در اوايلِ پيدايش زمين چگونه اين عنصر اصلي حيات را تامين ميکرد؟ درياچه مونو در شرق کاليفرنيا جريان خروجي ندارد؛ لذا نمک با گذشت زمان انباشت ميشود. غلظت بالاي نمک در اين درياچۀ غني از کربنات ميتواند زمينه را براي ايجاد ستون فراهم نمايد.
«جاناتان تونر» استاديار علوم زمين و فضا و محقق از دانشگاه واشنگتن بيان کرد: «مسئله فسفات براي ۵۰ سال است که مطالعه منشاء حيات را به امري چالشبرانگيز تبديل کرده است.» مشکل اين است که واکنشهاي شيمياييِ دخيل در تشکيل عناصر اصلي حيات به فسفر ِ زيادي نياز دارند، اما فسفر نادر است. يک مطالعۀ جديد، در انواع مشخصي از درياچهها به دنبال پاسخي براي پرسش فوق بوده است.
مطالعۀ حاضر بر روي آن دسته از درياچههاي غني از کربنات تمرکز دارد که در محيطهاي خشک به وجود ميآيد. به دليل ميزان بالاي تبخير، آب درياچه به شکل محلولهاي داراي pH زياد، شور و قليايي يافت ميشود. چنين درياچههايي که با عنوان درياچههاي قليايي نيز شناخته ميشوند، در همۀ قارههاي زمين وجود دارند. محققان در ابتدا ميزان فسفر در درياچههاي غني از کربنات را مورد بررسي و اندازهگيري قرار دادند؛ از جمله اين درياچهها ميتوان به درياچه مونو واقع در کاليفرنيا، درياچه ماگادي در کنيا و درياچه لونار در هندوستان اشاره کرد.
اين عکس که در سال ۲۰۰۷ گرفته شده، درياچه ماگادي در کنيا را نشان ميدهد؛ درياچه غني از کربنات که بستر آن از جنس سنگهاي آتشفشاني است. آب شور اين درياچه غني از ميکروب است و ساير موجودات زنده از قبيل فلامينگوها و گورخرها را به سوي خود جذب ميکند.
اگرچه غلظت دقيق فسفر به محل جمعآوري نمونهها و بازههاي مختلف در طول فصول بستگي دارد، اما محققان دريافتند که درياچههاي غني از کربنات، بيش از ۵۰ هزار برابر فسفر بيشتري در مقايسه با آب درياها، رودخانهها و انواع ديگري از درياچهها دارند. چنين غلظت بالايي از وجود نوعي سازوکارِ طبيعيِ مشترک حکايت دارد که فسفر را در اين درياچهها جمع ميکند. امروزه، اين درياچههاي غني از کربنات، غِناي زيستي زيادي دارند و ميزبان موجودات زنده متعددي هستند؛ از ميکروبها گرفته تا دستههاي مشهوري از فلامينگوهاي درياچه ماگادي. اين موجودات زنده بر وضعيت شيميايي درياچه تاثير ميگذارند.
بنابراين، محققان آزمايشهايي را به کمک بطريهاي آبِ غني از کربنات در آزمايشگاه ترتيب دادند؛ اين بطريها با ترکيبات شيميايي مختلفي به آزمايشگاه آورده شده بودند. هدف محققان از اين کار، درک چگونگي انباشتِ فسفر توسط درياچهها و چگونگي ورود غلظتهاي بالاي فسفر به درون محيطهاي بيجان ميباشد.
دليل وجود غلظت بالاي فسفر در اين آبها، محتواي کربنات آنهاست. در اکثر درياچهها، کلسيم به فسفر ميچسبد تا مواد معدني فسفات کلسيم جامد ساخته شود؛ حيات نميتواند به اين مواد معدني دسترسي داشته باشد. لازم بذکر ميباشد که کلسيم از عنصرهاي فراوان در کره زمين به شمار ميآيد. اما کربنات در آبهاي غني از کربنات، در رقابت با فسفات براي چسبيدن به کلسيم پيروز ميشود، لذا مقداري از فسفات فرصت اتصال پيدا نميکند. آزمايشهاي مربوط به ترکيبات ادغام شده با غلظتهاي مختلف نشان داد که کلسيم به کربنات وصل شده و فسفات را بطور آزاد در آب رها ميکند.
نقاط رنگي، ميزان فسفرِ اندازهگيري شده در درياچههايِ مختلف غني از کربنات سرتاسر جهان است. درياچههايِ غني از کربناتِ موجود ميتوانند تا ۵۰۰۰۰ برابر سطح فسفات بيشتري در مقايسه با آب درياها داشته باشند؛ بالاترين ميزان فسفات اندازهگيري شده به درياچه «گود ايناف» بريتيش کلمبيا و سامانه درياچهاي «لَست چَنس» تعلق دارد (رنگ زرد)
تونر گفت: «اين ايده پيچيده است؛ اما مرا مجذوب خود ميسازد. اين ايده مسئلۀ فسفات به صورت زيبا و توجيهپذير حل ميکند. ميزان فسفات ميتواند به يک ميليون برابر بيشتر از در آب دريا هم افزايش پيدا کند؛ به ويژه زمانيکه آب درياچهها در طول فصول خشک تبخير ميشود. غلظت بسيار بالاي فسفات در اين درياچهها و برکهها احتمالا در بروز واکنشهايي نقش دارد که فسفر را در اختيار اجزاي اصلي مولکوليِ RNA، پروتئينها و چربيها قرار ميدهد؛ همه اين مواد ياد شده براي حيات و تداوم آن ضروري هستند.»
هوايِ غني از کربن دي اکسيد در نخستين سالهايِ پيدايش زمين (يعني تقريباً چهار ميليارد سال گذشته) احتمالا براي ايجاد چنين درياچههايي ايدهآل بوده است و اين فرصت را به آنها داده تا بيشترين ميزانِ فسفر را در اختيار داشته باشند. درياچههاي غني از کربنات معمولا در اتمسفرهايي با کربن دي اکسيد بالا شکل ميگيرند. افزون بر اين، کربن دي اکسيد در آب حل ميشود تا شرايط اسيدي به وجود بياورد که فسفر را از سنگها آزاد ميسازد. محققان گفتند: «زمينِ اوليه با فعاليتهاي آتشفشاني گستردهاي همراه بود؛ بنابراين مقادير زيادي سنگ آتشفشاني تازه وجود داشت که با کربن دي اکسيد واکنش کرده و کربنات و فسفر را در اختيار درياچهها ميگذاشت. زمين اوليه به احتمال زياد، ميزبانِ تعداد زيادي درياچه غني از کربنات بوده است. اين درياچهها براي پشتيباني از حيات و موجودات زنده، غلظت بالايي از فسفر داشتند.»
دو محقق ديگر در مطالعات خود به اين نتيجه رسيدند که اين نوع درياچهها ميتوانند سيانيد فراواني را براي پشتيباني از شکلگيريِ آمينواسيدها و نوکلئوتيدها فراهم کنند؛ اين دو از اجزاي اصلي پروتئينها، DNA و RNA هستند. قبل از آن، محققان با دشواري زيادي براي يافتن يک محيط طبيعي با سيانيد کافي مواجه بودند که توان پشتيباني از منشاء حيات را داشته باشد. سيانيد براي انسانها مضر و سمي است؛ اما ميکروبهاي اوليه در برابر آن مصون بودند. جزئيات بيشتر اين پژوهش در مجله Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شده است.