¿El eslabón perdido en el origen de la vida?

Charles Darwin propuso que la vida podría surgir en un “pequeño estanque cálido” que contuviera la combinación adecuada de sustancias químicas y energía. Una nueva investigación realizada por la Universidad de Washington y publicada en Comunicaciones Tierra y Medio Ambiente Destaca un «lago de soda» poco profundo en el oeste de Canadá como posible coincidencia con estas condiciones. Los resultados brindan un nuevo apoyo a la posibilidad de que la vida surgiera de los lagos en la Tierra primitiva, hace unos 4 mil millones de años.

Los científicos saben que, en las condiciones adecuadas, pueden surgir espontáneamente moléculas de vida complejas. Como se demostró recientemente en la exitosa película “Lecciones de química”, las moléculas biológicas se pueden extraer de moléculas inorgánicas. De hecho, mucho después del descubrimiento real en la década de 1950 Aminoácidoslos componentes básicos de las proteínas. Investigaciones recientes han hecho que los componentes básicos de las proteínas ARN. Pero el siguiente paso requiere concentraciones muy altas de fosfato.

El fosfato forma la «columna vertebral» del ácido ribonucleico (ARN). ADN También es un componente importante de las membranas celulares. Las concentraciones de fosfato necesarias para formar estas biomoléculas en el laboratorio son de cientos a un millón de veces superiores a los niveles que normalmente se encuentran en ríos, lagos o océanos. A esto se le ha llamado el «problema de los fosfatos» del surgimiento de la vida, problema que los lagos de soda pueden haber resuelto.

Lagos de soda como solución

«Creo que estos lagos de soda proporcionan una solución al problema de los fosfatos», dijo el autor principal David Catling, profesor de ciencias terrestres y espaciales en la Universidad de Wisconsin. «Nuestra respuesta es esperanzadora: este entorno debe haber ocurrido en la Tierra primitiva, y tal vez en otros planetas, porque es simplemente una consecuencia natural de la forma en que se forman las superficies planetarias y de cómo funciona la química del agua».

Los lagos de soda reciben su nombre porque contienen altos niveles de sodio y carbonato disueltos, similares al bicarbonato de sodio disuelto. Esto ocurre por las interacciones entre el agua y las rocas volcánicas que se encuentran debajo. Los lagos de soda también pueden contener altos niveles de fosfato disuelto.

Los miembros del equipo de investigación caminan por la superficie del lago Last Chance en septiembre de 2022. Al final del verano, el agua se evapora casi por completo, dejando una costra salada en la superficie. Pero el agua permanece en las bolsas y cavidades, y el sedimento fino se deposita debajo, creando una estructura de crema catalana sobre la que es un tanto traicionero caminar. Crédito: Zach Cohen/Universidad de Washington

Una investigación anterior realizada por la Universidad de Wisconsin en 2019 encontró que, en teoría, las condiciones químicas para el surgimiento de la vida podrían darse en los lagos de soda. Los investigadores combinaron modelos químicos con experimentos de laboratorio para demostrar que, en teoría, los procesos naturales podrían concentrar fosfato en estos lagos a niveles hasta un millón de veces más altos que en el agua ordinaria.

Lago Last Chance: un laboratorio natural

Para el nuevo estudio, el equipo se propuso estudiar dicho entorno en la Tierra. Casualmente, el candidato prometedor se encontraba a poca distancia en coche. Escondido al final de un Tesis de maestría Desde la década de 1990, el nivel natural de fosfato más alto conocido en la literatura científica se encontraba en el lago Last Chance en el interior de la Columbia Británica, Canadá, a unas siete horas en coche desde Seattle.

El lago tiene aproximadamente un pie de profundidad y contiene agua turbia con niveles fluctuantes. Está ubicado en un terreno federal al final de un polvoriento camino de tierra en Caribou Plateau, en la zona ganadera de la Columbia Británica. El lago poco profundo cumple con los requisitos de un lago de soda: un lago sobre roca volcánica (en este caso, basalto) combinado con una atmósfera seca y tormentosa que evapora el agua entrante para mantener bajos los niveles de agua y los compuestos disueltos concentrados dentro del lago.

Implicaciones para la vida en otros planetas

El análisis publicado en el nuevo artículo sugiere que los lagos de soda son un fuerte candidato para el surgimiento de vida en la Tierra. También podrían ser candidatos a vida en otros planetas.

Esta vista panorámica muestra el lago Last Chance en el oeste de Canadá en noviembre de 2021, cuando el lago se había reducido a muchos estanques pequeños y se había formado hielo sobre cada estanque. Dos investigadores de la Universidad de Washington se encuentran sobre la superficie helada del lago. Fuente: Kimberly Bobbie Sinclair/Universidad de Washington

«Estudiamos el entorno natural que debería ser común en todo el sistema solar. Las rocas ígneas son comunes en las superficies planetarias, por lo que es posible que la misma química del agua ocurriera no solo en la Tierra primitiva, sino también en los planetas más antiguos. Marte Y principios Venus«Si existe agua líquida», dijo el autor principal, Sebastian Haas, investigador postdoctoral de la Universidad de Wisconsin en Ciencias de la Tierra y el Espacio.

Investigación de campo y resultados.

El equipo de la Universidad de Wisconsin visitó el lago Last Chance tres veces entre 2021 y 2022. Recolectaron observaciones a principios del invierno, cuando el lago estaba cubierto de hielo; A principios del verano, cuando el agua de los manantiales de lluvia y de los arroyos alimentados por el deshielo alcanza sus niveles más altos; A finales del verano, cuando el lago estaba casi completamente seco.

«Tienes esta sal seca que parece plana, pero hay rincones y grietas. Entre la sal y el sedimento hay pequeñas bolsas de agua con un alto porcentaje de fosfato disuelto», dijo Haas. «Lo que queríamos entender era por qué y cuando esto podría haber sucedido en la Tierra antigua.» «Para proporcionar una cuna para el origen de la vida».

En las tres visitas, el equipo recolectó muestras de agua, sedimentos del lago y corteza de sal para comprender la química del lago.

En la mayoría de los lagos, el fosfato disuelto se combina rápidamente con el calcio para formar fosfato cálcico, la sustancia insoluble que forma el esmalte dental. Esto elimina el fosfato del agua. Pero en el lago Last Chance, el calcio se combina con abundante carbonato y magnesio para formar dolomita, el mismo mineral que forma pintorescas cadenas montañosas. Esta reacción fue predicha por trabajos de modelado anteriores y se confirmó cuando la dolomita abundaba en los sedimentos del lago Last Chance. Cuando el calcio se convierte en dolomita y no permanece en el agua, el fosfato carece de compañero de enlace, por lo que su concentración aumenta.

Conclusión y direcciones futuras de investigación.

«Este estudio se suma a la creciente evidencia de que los lagos de soda evaporativos son entornos que cumplen con los requisitos de la química del origen de la vida al acumular componentes clave en altas concentraciones», dijo Catling.

El estudio también comparó el lago Last Chance con el lago Goodenough, un lago de aproximadamente 3 pies de profundidad con agua más clara y una química diferente a solo dos minutos a pie, para descubrir qué hace que Last Chance Lake sea único. Los investigadores se preguntaron por qué la vida, que está presente en todos los lagos modernos en algún nivel, no utilizó fosfato en el lago Last Chance.

El lago Goodenough contiene capas de cianobacterias que extraen o «fijan» gas nitrógeno del aire. Las cianobacterias, como todas las demás formas de vida, también necesitan fosfato, y su creciente población está consumiendo parte del suministro de fosfato del agua del lago. Pero Last Chance Lake es tan salado que inhibe a los organismos que realizan el trabajo intensivo en energía de fijar el nitrógeno atmosférico. El lago Last Chance alberga algunas algas, pero no tiene suficiente nitrógeno para albergar más vida, lo que permite que se acumule fosfato. Esto también la convierte en una mejor contraparte de la Tierra sin vida.

«Estos nuevos hallazgos ayudarán a informar a los investigadores del origen de la vida que están replicando estas reacciones en el laboratorio o buscando entornos potencialmente habitables en otros planetas», dijo Catling.

Referencia: “Explicaciones biogeoquímicas para el lago rico en fosfatos más grande del mundo, una contraparte del origen de la vida” por Sebastian Haas, Kimberly Poppy Sinclair y David C. Catling, 9 de enero de 2024, Comunicaciones Tierra y Medio Ambiente.
doi: 10.1038/s43247-023-01192-8

La investigación fue financiada por la Fundación Simons. La otra coautora es Kimberly Bobbie Sinclair, estudiante de posgrado en ciencias de la Tierra y el espacio de la Universidad de Washington. Los estudiantes de posgrado del programa de astrobiología de la Universidad de Wisconsin también ayudaron a recolectar muestras.