O elo perdido na origem da vida?

Charles Darwin propôs que a vida poderia surgir num “pequeno lago quente” contendo a mistura certa de produtos químicos e energia. Nova pesquisa conduzida pela Universidade de Washington e publicada em Comunicações sobre a Terra e o Meio Ambiente Ele destaca um “lago de soda” raso no oeste do Canadá como uma possível combinação para essas condições. Os resultados fornecem um novo suporte para a possibilidade de a vida ter surgido a partir de lagos na Terra primitiva, há cerca de 4 mil milhões de anos.

Os cientistas sabem que, sob as condições certas, moléculas vitais complexas podem emergir espontaneamente. Conforme demonstrado recentemente no filme de sucesso “Lições de Química”, moléculas biológicas podem ser extraídas de moléculas inorgânicas. Na verdade, muito depois da descoberta na vida real na década de 1950 Aminoácidosos blocos de construção básicos das proteínas. Pesquisas recentes tornaram os blocos de construção básicos das proteínas ARN. Mas este próximo passo requer concentrações muito elevadas de fosfato.

O fosfato forma a “espinha dorsal” do ácido ribonucleico (RNA). ADN É também um componente importante das membranas celulares. As concentrações de fosfato necessárias para formar estas biomoléculas em laboratório são centenas a um milhão de vezes superiores aos níveis normalmente encontrados em rios, lagos ou oceanos. Isto tem sido chamado de “problema do fosfato” do surgimento da vida, um problema que os lagos de soda podem ter resolvido.

Lagos de soda como solução

“Acho que esses lagos de soda fornecem uma solução para o problema do fosfato”, disse o autor principal David Catling, professor de ciências da Terra e do espaço na Universidade de Wisconsin. “A nossa resposta é esperançosa: este ambiente deve ter ocorrido na Terra primitiva, e talvez noutros planetas, porque é apenas uma consequência natural da forma como as superfícies planetárias são formadas e como funciona a química da água.”

Os lagos de soda recebem esse nome por conterem altos níveis de sódio e carbonato dissolvidos, semelhantes ao bicarbonato de sódio dissolvido. Isso ocorre a partir de interações entre a água e as rochas vulcânicas subjacentes. Os lagos de soda também podem conter altos níveis de fosfato dissolvido.

Membros da equipe de pesquisa caminham pela superfície do Lago Last Chance em setembro de 2022. No final do verão, a água evapora quase completamente, deixando uma crosta salgada na superfície. Mas a água permanece nas bolsas e cavidades, e o sedimento fino se deposita por baixo, criando uma estrutura de creme brûlée que é um tanto traiçoeira de se caminhar. Crédito: Zach Cohen/Universidade de Washington

Uma pesquisa anterior conduzida pela Universidade de Wisconsin em 2019 descobriu que as condições químicas para o surgimento da vida poderiam, teoricamente, ocorrer em lagos de soda. Os investigadores combinaram modelos químicos com experiências de laboratório para mostrar que os processos naturais poderiam, teoricamente, concentrar fosfato nestes lagos a níveis até um milhão de vezes superiores aos da água comum.

Lago Last Chance: um laboratório natural

Para o novo estudo, a equipe decidiu estudar tal ambiente na Terra. Coincidentemente, o candidato promissor estava a uma curta distância de carro. Escondido no final de um Tese de mestrado A partir da década de 1990, o nível mais alto de fosfato natural conhecido na literatura científica estava no Lago Last Chance, no interior da Colúmbia Britânica, Canadá, a cerca de sete horas de carro de Seattle.

O lago tem cerca de trinta centímetros de profundidade e contém água turva com níveis flutuantes. Ele está localizado em terras federais, no final de uma estrada de terra poeirenta no Caribou Plateau, na região pecuária da Colúmbia Britânica. O lago raso atende aos requisitos de um lago de soda: um lago acima da rocha vulcânica (neste caso, basalto) combinado com uma atmosfera seca e tempestuosa que evapora a água que entra para manter os níveis de água baixos e os compostos dissolvidos concentrados no lago.

Implicações para a vida em outros planetas

A análise publicada no novo artigo sugere que os lagos de soda são fortes candidatos ao surgimento de vida na Terra. Eles também poderiam ser candidatos à vida em outros planetas.

Esta vista panorâmica mostra o Lago Last Chance, no oeste do Canadá, em novembro de 2021, quando o lago havia encolhido em muitos pequenos lagos e gelo se formou sobre cada lago. Dois pesquisadores da Universidade de Washington estão na superfície gelada do lago. Fonte: Kimberly Bobbie Sinclair/Universidade de Washington

“Estudamos o ambiente natural que deveria ser comum em todo o sistema solar. As rochas vulcânicas são comuns nas superfícies planetárias, por isso é possível que a mesma química da água tenha ocorrido não apenas na Terra primitiva, mas também nos planetas mais antigos. Marte E cedo Vênus“Se existir água líquida”, disse o autor principal Sebastian Haas, pesquisador de pós-doutorado na Universidade de Wisconsin em Ciências da Terra e do Espaço.

Pesquisa de campo e resultados

A equipe da Universidade de Wisconsin visitou o Lago Last Chance três vezes de 2021 a 2022. Eles coletaram observações no início do inverno, quando o lago estava coberto de gelo; No início do verão, quando a água das nascentes alimentadas pela chuva e dos riachos alimentados pelo degelo atinge seus níveis mais elevados; No final do verão, quando o lago estava quase completamente seco.

“Você tem esse sal seco que parece plano, mas há cantos e recantos. Entre o sal e o sedimento existem pequenos bolsões de água com uma alta porcentagem de fosfato dissolvido”, disse Haas. “O que queríamos entender era por que e quando isso poderia ter acontecido na Terra antiga.” “Para fornecer um berço para a origem da vida.”

Nas três visitas, a equipe coletou amostras de água, sedimentos do lago e crosta de sal para compreender a química do lago.

Na maioria dos lagos, o fosfato dissolvido combina-se rapidamente com o cálcio para formar fosfato de cálcio, a substância insolúvel que constitui o esmalte dos dentes. Isso remove o fosfato da água. Mas no Lago Last Chance, o cálcio combina-se com carbonato abundante e também com magnésio para formar a dolomita, o mesmo mineral que forma pitorescas cadeias de montanhas. Esta reação foi prevista por trabalhos de modelagem anteriores e foi confirmada quando a dolomita era abundante nos sedimentos do Lago Last Chance. Quando o cálcio se transforma em dolomita e não permanece na água, o fosfato carece de parceiro de ligação, então sua concentração aumenta.

Conclusão e direções de pesquisas futuras

“Este estudo acrescenta evidências crescentes de que os lagos de soda evaporativos são ambientes que atendem aos requisitos da química da origem da vida, acumulando componentes-chave em altas concentrações”, disse Catling.

O estudo também comparou o Lago Last Chance com o Lago Goodenough, um lago com cerca de um metro de profundidade com águas mais claras e química diferente a apenas dois minutos a pé, para descobrir o que torna o Lago Last Chance único. Os pesquisadores se perguntaram por que a vida, que está presente em algum nível em todos os lagos modernos, não usava fosfato no Lago Last Chance.

O Lago Goodenough contém tapetes de cianobactérias que extraem ou “fixam” o gás nitrogênio do ar. As cianobactérias, como todas as outras formas de vida, também necessitam de fosfato, e a sua população crescente está a consumir parte do fornecimento de fosfato na água do lago. Mas o Lago Last Chance é tão salgado que inibe os organismos que realizam o trabalho intensivo de energia de fixação do nitrogênio atmosférico. O Lago Last Chance abriga algumas algas, mas não tem nitrogênio suficiente para hospedar mais vida, permitindo o acúmulo de fosfato. Isso também o torna uma contrapartida melhor da Terra sem vida.

“Essas novas descobertas ajudarão a informar os pesquisadores da origem da vida que estão replicando essas reações em laboratório ou procurando ambientes potencialmente habitáveis ​​em outros planetas”, disse Catling.

Referência: “Explicações biogeoquímicas para o maior lago rico em fosfato do mundo, uma contrapartida para a origem da vida” por Sebastian Haas, Kimberly Poppy Sinclair e David C. Catling, 9 de janeiro de 2024, Comunicações sobre a Terra e o Meio Ambiente.
doi: 10.1038/s43247-023-01192-8

A pesquisa foi financiada pela Fundação Simons. A outra coautora é Kimberly Bobbie Sinclair, estudante de pós-graduação da UW em ciências da Terra e do espaço. Alunos de pós-graduação do programa de astrobiologia da Universidade de Wisconsin também ajudaram a coletar amostras.