Чи були Великі Озера колискою життя на Землі?

Фосфор, поряд з азотом і вуглецем, є одним із ключових елементів, необхідних для існування життя на Землі. Він відіграє центральну роль у структурі таких молекул, як ДНК і РНК, які відповідають за передачу та зберігання генетичної інформації, а також у складі АТФ (аденозинтрифосфату) — молекули, що забезпечує клітини енергією. Без фосфору біохімічні процеси, які лежать в основі життя, просто неможливі. Однак саме його відносна рідкість на поверхні Землі ставить перед науковцями питання: як життя могло зародитися в умовах, коли цього елемента було так мало?

Вчені давно розмірковують над тим, як фосфор, бувши дефіцитним ресурсом, але водночас критично важливим для живих організмів, міг стати каталізатором появи життя. Дослідження показують, що для запуску пребіотичних хімічних реакцій, які передували виникненню життя, потрібні надзвичайно високі концентрації фосфору — приблизно в 10 000 разів більше, ніж зазвичай міститься у природних водоймах. Це змушує задуматися: де на Землі мільярди років тому могли існувати умови з такими високими концентраціями фосфору і як вони підтримувалися достатньо довго, щоб життя могло зародитися?

Новий погляд на цю проблему запропонував учений-геохімік Крейг Волтон у дослідженні, опублікованому в журналі Science Advances. Волтон, який працює в рамках стипендії Nomis у Центрі походження та поширення життя (COPL) при ETH Zurich, стверджує, що великі содові озера без природного стоку могли бути ідеальним середовищем для накопичення фосфору. Такі озера втрачають воду лише через випаровування, що дозволяє фосфору залишатися в них, не вимиваючись річками чи струмками. Завдяки цьому в содових озерах могли формуватися надзвичайно високі концентрації цього елемента, необхідні для старту життя.

Ще у 2020 році дослідники з Вашингтонського університету припустили, що содові озера могли стати колискою життя. Волтон розвинув цю ідею, зосередившись на геохімічних аспектах. Він наголошує, що не всі содові озера підходять для цієї ролі. Маленькі озера, за його словами, не могли б підтримувати достатній рівень фосфору: щойно життя починало розвиватися, воно швидко виснажувало б запаси цього елемента, зупиняючи як хімічні реакції, так і сам процес еволюції. Натомість великі содові озера мали перевагу завдяки значному об’єму води та постійному притоку річок, які приносили фосфор. Оскільки фосфор не випаровується разом із водою, він накопичувався в озері, створюючи стабільно високі концентрації.

Прикладом такого озера є Моно Лейк у Каліфорнії, яке за розміром удвічі перевищує Цюрихське озеро. У Моно Лейк концентрація фосфору залишається стабільно високою, що підтримує існуючу різноманітність організмів. Це пояснюється тим, що фосфор регулярно надходить із річковою водою, а його вміст не знижується занадто швидко через відсутність стоку. Такі умови дозволяють озеру зберігати баланс, необхідний для тривалого існування як пребіотичних реакцій, так і перших форм життя. На відміну від малих водойм, де фосфор швидко вичерпується, у великих озерах його запаси поповнюються швидше, ніж витрачаються.

Волтон і його команда вважають, що саме великі содові озера з постійним високим вмістом фосфору в ранній історії Землі могли стати ідеальним середовищем для зародження життя. Ця гіпотеза суперечить давнішій теорії Чарльза Дарвіна, який припускав, що життя могло виникнути в невеликих теплих водоймах. Натомість дослідники стверджують, що великі озера мали геологічні та хімічні переваги, які робили їх більш придатними для цього процесу. Високий рівень фосфору, стабільність умов і великий об’єм води створювали унікальне середовище, де могли відбуватися складні пребіотичні реакції, що зрештою призвели до появи перших живих організмів.

Ця теорія додає ще одну важливу частину до пазла походження життя на Землі. Вона пояснює, як дефіцитний, але незамінний фосфор міг стати доступним у достатній кількості, щоб запустити біохімічні процеси. Волтон зазначає, що великі содові озера могли бути не просто випадковим явищем, а ключовим фактором, який визначив місце і час виникнення життя. Їхня здатність накопичувати та утримувати фосфор протягом тривалого часу робить їх значно ймовірнішим кандидатом на роль колиски життя, ніж інші середовища, які розглядалися раніше.

Дослідження Волтона відкриває нові перспективи для розуміння того, як наша планета перейшла від неживої матерії до живих систем. Воно також підкреслює важливість геохімічного підходу до вивчення походження життя, поєднуючи знання про хімічні процеси з особливостями земної поверхні в далекому минулому. Хоча питання про те, як саме виникло життя, залишається відкритим, ця робота наближає нас до розгадки однієї з найбільших таємниць науки. Великі содові озера, можливо, були не лише джерелом фосфору, а й тим унікальним середовищем, де вперше з’явилися молекули, здатні до самовідтворення, поклавши початок еволюції життя на Землі.