Het probleem hoe fosfor een universeel ingrediënt voor het leven op aarde werd, is mogelijk opgelost door onderzoekers van de Universiteit van Cambridge en de Universiteit van Kaapstad, die oerzeewater met het element in het laboratorium hebben nagemaakt.

Hun resultaten, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications , laten zien dat zeewater mogelijk de ontbrekende bron van fosfaat is, wat betekent dat het op een voldoende grote schaal beschikbaar had kunnen zijn voor het leven zonder speciale omgevingsomstandigheden.

"Dit zou echt kunnen veranderen hoe we denken over de omgevingen waarin het leven voor het eerst is ontstaan", zegt co-auteur professor Nick Tosca van Cambridge's Department of Earth Sciences.

De studie, die werd geleid door Matthew Brady, een Ph.D. student van Cambridge's Department of Earth Sciences, laat zien dat het vroege zeewater duizend tot tienduizend keer meer fosfaat had kunnen bevatten dan eerder werd geschat - zolang het water maar veel ijzer bevatte.

Fosfaat is een essentieel ingrediënt bij het maken van de bouwstenen van het leven - het vormt een sleutelcomponent van DNA en RNA - maar het is een van de minst voorkomende elementen in de kosmos in verhouding tot het biologische belang ervan. In zijn minerale vorm is fosfaat ook relatief ontoegankelijk - het kan moeilijk op te lossen zijn in water, zodat het leven het kan gebruiken.

Wetenschappers hebben lang vermoed dat fosfor al vroeg deel uitmaakte van de biologie, maar ze zijn pas onlangs begonnen de rol van fosfaat te erkennen bij het sturen van de synthese van moleculen die nodig zijn voor het leven op aarde. "Experimenten laten zien dat het verbazingwekkende dingen laat gebeuren - chemici kunnen cruciale biomoleculen synthetiseren als er veel fosfaat in oplossing is", zei Tosca.

Maar de exacte omgeving die nodig is om fosfaat te produceren, is onderwerp van discussie geweest. Sommige studies hebben gesuggereerd dat wanneer ijzer overvloedig is, fosfaat eigenlijk nog minder toegankelijk zou moeten zijn voor het leven. Dit is echter controversieel omdat de vroege aarde een zuurstofarme atmosfeer zou hebben gehad waar ijzer wijdverbreid zou zijn geweest.

Om te begrijpen hoe het leven afhankelijk is geworden van fosfaat en in wat voor soort omgeving dit element zou zijn ontstaan, voerden ze geochemische modellering uit om de vroege omstandigheden op aarde na te bootsen.

"Het is opwindend om te zien hoe eenvoudige experimenten in een fles ons denken over de omstandigheden die op de vroege aarde aanwezig waren, kunnen omgooien", zei Brady.

In het laboratorium maakten ze zeewater met dezelfde chemie waarvan men dacht dat die in de vroege geschiedenis van de aarde bestond. Ze voerden hun experimenten ook uit in een zuurstofarme atmosfeer, net als op de oude aarde.

De resultaten van het team suggereren dat zeewater zelf een belangrijke bron van dit essentiële element zou kunnen zijn.

"Dit betekent niet noodzakelijk dat het leven op aarde in zeewater is begonnen," zei Tosca, "het opent veel mogelijkheden voor hoe zeewater fosfaat aan verschillende omgevingen had kunnen leveren, bijvoorbeeld meren, lagunes of kusten waar zeenevel zou het fosfaat naar het land hebben gebracht."

Eerder hadden wetenschappers een reeks manieren bedacht om fosfaat te genereren, sommige theorieën hadden betrekking op speciale omgevingen zoals zure vulkanische bronnen of alkalische meren, en zeldzame mineralen die alleen in meteorieten worden gevonden.

"We hadden het vermoeden dat ijzer de sleutel was tot de oplosbaarheid van fosfaat, maar er waren gewoon niet genoeg gegevens", zei Tosca. Het idee voor de experimenten van het team kwam toen ze keken naar wateren die sedimenten baden die waren afgezet in de moderne Oostzee. "Het is ongebruikelijk omdat het veel fosfaat en ijzer bevat - we begonnen ons af te vragen wat er zo anders was aan die specifieke wateren."

In hun experimenten voegden de onderzoekers verschillende hoeveelheden ijzer toe aan een reeks synthetische zeewatermonsters en testten ze hoeveel fosfor het kon bevatten voordat zich kristallen vormden en mineralen uit de vloeistof werden gescheiden. Vervolgens bouwden ze deze datapunten in een model dat kon voorspellen hoeveel fosfaat uit het oude zeewater zou kunnen bevatten.

De poriewateren van de Oostzee leverden een set moderne monsters die ze gebruikten om hun model te testen. "We zouden die ongewone waterchemie perfect kunnen reproduceren", zei Tosca. Van daaruit gingen ze verder met het verkennen van de chemie van zeewater voordat er enige biologie bestond.

De resultaten hebben ook implicaties voor wetenschappers die proberen de mogelijkheden voor leven buiten de aarde te begrijpen. "Als ijzer helpt om meer fosfaat in oplossing te brengen, kan dit relevant zijn voor het vroege Mars", zei Tosca.

Bewijs voor water op het oude Mars is overvloedig, inclusief oude rivierbeddingen en overstromingen, en we weten ook dat er veel ijzer aan de oppervlakte was en dat de atmosfeer soms zuurstofarm was, zei Tosca.

Hun simulaties van oppervlaktewater dat door rotsen op het oppervlak van Mars filtert, suggereren dat ijzerrijk water ook in deze omgeving fosfaten heeft geleverd.

"Het wordt fascinerend om te zien hoe de gemeenschap onze resultaten gebruikt om nieuwe, alternatieve wegen te verkennen voor de evolutie van het leven op onze planeet en daarbuiten," zei Brady. + Verder verkennen

Er zou leven kunnen zijn ontstaan ​​uit meren met een hoog fosforgehalte