La vida pudo surgir en lagos con alto contenido de fósforo

La vida en la Tierra podrían haber surgido en lagos con alto contenido en fósforo, concluyen científicos de la Universidad de Washington en un artículo publicado en la revista PNAS.

La vida tal como la conocemos requiere fósforo, uno de los seis elementos químicos principales de la vida que forma la columna vertebral de las moléculas de ADN y ARN, actúa como la moneda de cambio principal para la energía en todas las células y ancla los lípidos que separan las células de su entorno.

"Durante 50 años, lo que se llama 'el problema del fosfato' ha plagado estudios sobre el origen de la vida", admite el primer autor Jonathan Toner, profesor asistente de Investigación de la Universidad de Washington en Ciencias de la Tierra y el Espacio.

El problema es que las reacciones químicas que hacen que los componentes básicos de los seres vivos necesiten mucho fósforo, pero el fósforo es escaso. La nueva investigación ha encontrado una respuesta a este problema en ciertos tipos de lagos.

El estudio se centra en lagos ricos en carbonatos, que se forman en ambientes secos dentro de depresiones que canalizan el agua que drena del paisaje circundante. Debido a las altas tasas de evaporación, las aguas del lago se concentran en soluciones saladas y alcalinas, o de pH alto. Estos lagos, también conocidos como lagos alcalinos, se encuentran en todo el mundo.

Los investigadores primero observaron las mediciones de fósforo en los lagos ricos en carbonato existentes, incluidos el Lago Mono, en California; el Lago Magadi, en Kenia, y el Lago Lonar, en la India.

Si bien la concentración exacta depende de dónde se tomaron las muestras y durante qué estación, los investigadores descubrieron que los lagos ricos en carbonato tienen niveles de fósforo hasta 50.000 veces más encontrados en el agua de mar, ríos y otros tipos de lagos. Tales altas concentraciones apuntan a la existencia de algún mecanismo natural común que acumula fósforo en estos lagos.

Hoy en día, estos lagos abundantes en carbonatos son biológicamente ricos y sostienen una vida que va desde microbios hasta las famosas bandadas de flamencos del lago Magadi. Estos seres vivos afectan la química del lago.

Los investigadores realizaron experimentos de laboratorio con botellas de agua rica en carbonato en diferentes composiciones químicas para comprender cómo los lagos acumulan fósforo y cómo las altas concentraciones de fósforo podrían llegar a un ambiente sin vida.

La razón por la cual estas aguas tienen alto fósforo es su contenido de carbonato. En la mayoría de los lagos, el calcio, que es mucho más abundante en la Tierra, se une al fósforo para producir minerales sólidos de fosfato de calcio, a los que la vida no puede acceder. Pero en aguas ricas en carbonatos, el carbonato supera al fosfato para unirse con el calcio, dejando parte del fosfato sin adherir.

Las pruebas de laboratorio que combinaron ingredientes a diferentes concentraciones muestran que el calcio se une al carbonato y deja el fosfato disponible libremente en el agua. "Es una idea directa, que es su atractivo --señala Toner--. Resuelve el problema del fosfato de una manera elegante y plausible".

Los niveles de fosfato podrían subir aún más, a niveles de un millón de veces en el agua de mar, cuando las aguas del lago se evaporan durante las estaciones secas, a lo largo de las costas o en piscinas separadas del cuerpo principal del lago.

"Los niveles extremadamente altos de fosfato en estos lagos y estanques habrían provocado reacciones que pusieron fósforo en los bloques de construcción moleculares de ARN, proteínas y grasas, todo lo cual era necesario para que la vida siguiera", explica el coautor David Catling, un Profesor de Ciencias de la Tierra y del espacio de la UW.

El aire rico en dióxido de carbono en la Tierra primitiva, hace unos cuatro mil millones de años, habría sido ideal para crear tales lagos y permitirles alcanzar niveles máximos de fósforo. Los lagos ricos en carbonato tienden a formarse en atmósferas con alto contenido de dióxido de carbono. Además, el dióxido de carbono se disuelve en agua para crear condiciones ácidas que liberan fósforo de manera eficiente de las rocas.

"La Tierra primitiva era un lugar volcánicamente activo, por lo que habría tenido muchas rocas volcánicas frescas reaccionando con dióxido de carbono y suministrando carbonato y fósforo a los lagos --apunta Toner--. La Tierra primitiva podría haber albergado muchos lagos ricos en carbonato, que habrían tenido concentraciones de fósforo lo suficientemente altas como para comenzar la vida".

Otro estudio reciente de los dos autores mostró que este tipo de lagos también pueden proporcionar abundante cianuro para apoyar la formación de aminoácidos y nucleótidos, los componentes básicos de las proteínas, el ADN y el ARN.

Antes de eso, los investigadores habían luchado por encontrar un entorno natural con suficiente cianuro para mantener el origen de la vida. El cianuro es venenoso para los humanos, pero no para los microbios primitivos, y es crítico para el tipo de química que fácilmente crea los componentes básicos de la vida.