Laghi di soda: l’anello mancante nell’origine della vita?

Una nuova ricerca condotta dall’Università di Washington ha evidenziato i laghi di soda come potenziale corrispondenza per l’origine della vita. I risultati forniscono un nuovo supporto al fatto che la vita potrebbe essere emersa dai laghi della Terra primordiale, circa 4 miliardi di anni fa.

Gli scienziati sanno che nelle giuste condizioni le complesse molecole della vita possono emergere spontaneamente. Negli anni ’50 hanno scoperto che gli amminoacidi sono gli elementi costitutivi delle proteine. Da allora, i ricercatori hanno dimostrato che i mattoni dell’RNA possono essere creati anche in modi simili, ma attraverso un processo che richiede concentrazioni estremamente elevate di fosfati. 

Il fosfato costituisce la “spina dorsale” dell’RNA e del DNA ed è anche un componente chiave delle membrane cellulari. Le concentrazioni di fosfato necessarie per formare queste biomolecole in laboratorio sono da centinaia a 1 milione di volte superiori ai livelli normalmente presenti nei fiumi, nei laghi o nell’oceano. Questo è stato chiamato il “problema del fosfato” per l’emergere della vita – un problema che i laghi di soda potrebbero aver risolto.

I laghi di soda come soluzione

“Penso che questi laghi di soda forniscano una risposta al problema dei fosfati”, ha affermato l’autore senior David Catling, Professore di scienze della Terra e spaziali della UW. I laghi di soda prendono il nome dagli alti livelli di sodio e carbonato disciolti, simili al bicarbonato di sodio disciolto. Questo processo si verifica dalle reazioni tra l’acqua e le rocce vulcaniche sottostanti. I laghi di soda possono anche avere alti livelli di fosfato disciolto.

Una precedente ricerca dell’UW nel 2019 ha scoperto che le condizioni chimiche affinché la vita possa emergere potrebbero teoricamente verificarsi nei laghi di soda. I ricercatori hanno combinato modelli chimici con esperimenti di laboratorio per dimostrare che i processi naturali possono teoricamente concentrare il fosfato in questi laghi a livelli fino a 1 milione di volte superiori rispetto alle acque tipiche.

Last Chance Lake: un laboratorio naturale

Per il nuovo studio, il team ha deciso di studiare un simile ambiente sulla Terra. Per coincidenza, il candidato più promettente era a breve distanza in auto. Nascosto alla fine di una tesi di master degli anni ’90 c’era il livello di fosfato naturale più alto conosciuto nella letteratura scientifica presso Last Chance Lake, nell’entroterra della Columbia Britannica, in Canada, a circa sette ore di macchina da Seattle.

Il lago è profondo circa 0,30 metri ed ha acqua torbida con livelli fluttuanti, si trova su un terreno federale alla fine di una strada sterrata e polverosa sull’altopiano di Cariboo, nella zona degli allevamenti della Columbia Britannica. Il lago, poco profondo, soddisfa i requisiti per un lago di soda: un lago sopra roccia vulcanica (in questo caso basalto), combinato con un’atmosfera secca e ventosa che fa evaporare l’acqua in entrata per mantenere bassi i livelli, concentrando i composti disciolti all’interno.

Implicazioni per la vita su altri pianeti

L’analisi, che è stata pubblicata sulla rivista Communications Earth & Environment, suggerisce che i laghi di soda sono un forte candidato per l’emergere della vita sulla Terra, e potrebbero anche essere candidati per la vita su altri pianeti.

“Abbiamo studiato un ambiente naturale che dovrebbe essere comune in tutto il sistema solare. Le rocce vulcaniche sono prevalenti sulla superficie dei pianeti, quindi questa stessa chimica dell’acqua potrebbe essersi verificata non solo sulla Terra primordiale, ma anche su Marte e Venere, se fosse presente acqua liquida”, ha spiegato l’autore principale Sebastian Haas, ricercatore post-dottorato dell’UW. nelle scienze della Terra e dello spazio.

Ricerca sul campo e risultati

Il team dell’UW ha visitato Last Chance Lake tre volte dal 2021 al 2022. I ricercatori hanno osservato il lago all’inizio dell’inverno, quando era coperto di ghiaccio; all’inizio dell’estate, quando le sorgenti alimentate dalle piogge e i corsi d’acqua alimentati dallo scioglimento delle nevi portano l’acqua al massimo; e a fine estate quando il lago si era quasi completamente prosciugato.

“C’è questa distesa salata apparentemente secca, ma ci sono angoli e fessure, e tra il sale e il sedimento, ci sono piccole sacche d’acqua ad alto contenuto di fosfato disciolto”, ha detto Haas. “Quello che volevamo capire era perché e quando ciò sarebbe potuto accadere sulla Terra primordiale, al fine di fornire una culla per l’origine della vita”, ha aggiunto.

In tutte e tre le visite, il team ha raccolto campioni di acqua, sedimenti lacustri e crosta salina per comprendere la chimica del lago.

Nella maggior parte dei laghi, il fosfato disciolto si combina rapidamente con il calcio per formare fosfato di calcio, il materiale insolubile che costituisce anche lo smalto dei denti. Questo rimuove il fosfato dall’acqua, ma nel Lago Last Chance, il calcio si combina con abbondanti carbonati e magnesio per formare la dolomite, lo stesso minerale che forma pittoresche catene montuose. Questa reazione è stata prevista dal precedente lavoro di modellazione e confermata quando la dolomite era abbondante nei sedimenti di Last Chance Lake. Quando il calcio si trasforma in dolomite e non rimane nell’acqua, al fosfato manca un partner legante e quindi la sua concentrazione aumenta.

Conclusione e direzioni future della ricerca

“Questo studio si aggiunge alla crescente evidenza che i laghi di soda evaporativa sono ambienti che soddisfano i requisiti per la chimica dell’origine della vita accumulando ingredienti chiave ad alte concentrazioni”, ha affermato Catling.

Lo studio ha anche confrontato Last Chance Lake con Goodenough Lake, un lago profondo circa 1 metro con acqua più limpida e chimica diversa, per scoprire cosa rende unico Last Chance Lake. I ricercatori si chiedevano perché la vita, presente a un certo livello in tutti i laghi moderni, non consumasse il fosfato nel Last Chance Lake.

Goodenough Lake ha tappeti di cianobatteri che estraggono o “fissano” il gas azoto dall’aria. Anche i cianobatteri, come tutte le altre forme di vita, necessitano di fosfato e la sua popolazione in crescita consuma parte della fornitura di fosfato dell’acqua del lago. Ma il Lago Last Chance è così salato che inibisce gli esseri viventi che svolgono il lavoro ad alta intensità energetica di fissare l’azoto atmosferico. Last Chance Lake ospita alcune alghe ma non ha sufficiente azoto disponibile per ospitare più vita, consentendo l’accumulo di fosfato. Ciò lo rende anche un analogo migliore per una Terra senza vita.

“Queste nuove scoperte aiuteranno a informare i ricercatori sull’origine della vita che stanno replicando queste reazioni in laboratorio o sono alla ricerca di ambienti potenzialmente abitabili su altri pianeti”, ha concluso Catling.