Понимание роли фосфора в зарождении жизни
Понимание того, где и в каких количествах на поверхности Земли существовали необходимые для жизни элементы, помогает объяснить происхождение и эволюцию жизни. Фосфор — один из таких элементов, образующий основу ДНК, РНК и клеточных мембран.
Фосфор на Земле
На поверхности Земли фосфор в основном сохраняется в горных породах в виде фосфатных минералов. Однако эти фосфатные минералы, как правило, нерастворимы. Поэтому учёные долгое время пытались ответить на вопрос, при каких условиях фосфор мог сконцентрироваться на ранней Земле.
Новое исследование
Группа учёных, в которую входят Юя Цукамото и Такэси Какэгава из Университета Тохоку, возможно, нашла ответ. Впервые они обнаружили геохимические и минералогические доказательства того, что подводные гидротермальные изменения могли быть значительным источником фосфора на ранней Земле. Их выводы опубликованы в журнале Geochimica et Cosmochimica Acta.
Цукамото объясняет: «Мы проанализировали базальтовые породы морского дна возрастом 3,455 миллиарда лет в образцах керна, взятых из кратона Пилбара, Западная Австралия. Мы обнаружили, что фосфор значительно вымывался из гидротермально изменённых пород по сравнению с наименее изменёнными породами. Дальнейший минералогический анализ показал, что фосфатные минералы подверглись растворению в породах, где фосфор был исчерпан».
Иными словами, эти гидротермальные процессы могли высвобождать фосфор из пород в окружающую морскую воду, обогащая ранние океаны этим необходимым питательным веществом.
Типы гидротермальных жидкостей
Команда определила, что значительное растворение было вызвано двумя типами гидротермальных жидкостей: сульфидными и высокотемпературными жидкостями, а также слабокислыми или щелочными и относительно низкотемпературными жидкостями. В частности, последние жидкости характерны для архея, что отражает высокую концентрацию CO₂ в атмосфере того времени.
Расчёты показали, что эти последние жидкости могли содержать до 2 мМ фосфата, что примерно в 1000 раз выше, чем концентрация в современной морской воде. Кроме того, расчёты, основанные на результатах исследования, показали, что годовой поток фосфора из архейских подводных гидротермальных жидкостей мог быть сопоставим с тем, который поступает в современный океан в результате выветривания континентов.
«Важно отметить, что это исследование предоставляет прямые доказательства того, что гидротермальная активность подводных гидротермальных систем вымывала фосфор из базальтовых пород морского дна и количественно определяет потенциальный поток фосфора из этих гидротермальных систем в ранний океан», — добавляет Цукамото.
«Наши выводы демонстрируют, что гидротермальные системы могли локально поставлять достаточное количество фосфора для поддержания ранних микробных экосистем. Эти среды могли служить колыбелью для ранней жизни и играть значительную роль в происхождении и эволюции жизни», — заключает учёный.
Исследование также подчёркивает потенциальное влияние гидротермальных полей не только на морское дно, но и на земные условия, такие как горячие источники. Будущие исследования поведения фосфатов в гидротермально изменённых породах с течением времени позволят лучше понять сдвиги в циклах фосфора на ранней Земле.
Предоставлено Университетом Тохоку.