Les premières formes de vie sur Terre avaient besoin d'un plateau pu pu d'ingrédients pour exister, mais l'un de ces ingrédients, le phosphore minéral, a longtemps intrigué les scientifiques. Personne ne savait comment le phosphore, l'un des six principaux éléments chimiques de la vie, était devenu suffisamment abondant sur la Terre primitive pour que la vie éclate.
Maintenant, les chercheurs peuvent avoir la réponse; les lacs qui prospéraient dans des endroits secs au début de la Terre ont probablement joué un rôle clé dans l'approvisionnement en phosphore, ont écrit les chercheurs dans une nouvelle étude publiée le 30 décembre dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences.
La découverte explique comment ce minéral rare est devenu abondant dans la soupe primordiale de la Terre. En termes plus clairs, cela aide les scientifiques à comprendre comment la vie est probablement apparue. "Depuis 50 ans, ce qu'on appelle 'le problème des phosphates' a tourmenté les études sur l'origine de la vie", a déclaré dans un communiqué le co-chercheur de l'étude Jonathan Toner, professeur adjoint de recherche en sciences de la Terre et de l'espace à l'Université de Washington.
Le phosphore est essentiel à la vie telle que nous la connaissons. Le minéral aide à former l'épine dorsale des molécules d'ADN et d'ARN; ancre les lipides, ou graisses, qui séparent les cellules de l'environnement qui les entoure; et aide à fournir de l'énergie vitale, servant de composant principal dans des molécules telles que l'adénosine triphosphate ou l'ATP.
Pour enquêter sur le «problème du phosphate», les chercheurs de la nouvelle étude ont examiné les lacs riches en carbonate, qui se trouvent dans des environnements secs. Ces lacs, également connus sous le nom de lacs de soude, se forment lorsque l'eau du paysage environnant se déverse dans une dépression. L'évaporation rend ensuite l'eau du lac salée et alcaline (ce qui signifie qu'elle a un pH élevé).
Les chercheurs ont pris des mesures de phosphore dans les lacs de soude du monde entier, y compris dans les lacs Mono et Searles en Californie, le lac Magadi au Kenya et le lac Lonar en Inde.
Alors que les concentrations de phosphore variaient selon la saison, ces lacs riches en carbonates avaient jusqu'à 50 000 fois plus de phosphore que dans l'eau de mer, les rivières et d'autres types de lacs, selon Toner et le co-chercheur de l'étude David Catling, professeur de la Terre et de l'espace sciences à l'Université de Washington.
Ces concentrations élevées suggèrent qu'un processus naturel a permis au phosphore de s'accumuler dans ces lacs, selon les chercheurs. Cependant, il a été difficile d'expérimenter sur les lacs eux-mêmes, car ils abritent un magnifique éventail d'animaux qui affectent la composition chimique de chaque lac. Le lac Magadi en Afrique, par exemple, abrite un célèbre troupeau de flamants roses.
Pour comprendre comment un lac sans vie pouvait donner vie, les chercheurs ont expérimenté de l'eau riche en carbonate en bouteille.
L'équipe a noté qu'en raison de leur teneur en carbonate, les lacs de soude ont des niveaux élevés de phosphore. Normalement, le calcium dans les lacs se lie au phosphore pour rendre les minéraux solides de phosphate de calcium, qui rendent leurs minéraux constitutifs inaccessibles à la vie. Mais dans les lacs avec des niveaux élevés de carbonate, le carbonate surpasse le phosphate en se liant au calcium. En conséquence, une partie du phosphate est librement disponible dans l'eau, selon les expériences réalisées par Toner et Catling.
"C'est une idée simple, qui est son attrait", a déclaré Toner. "Il résout le problème des phosphates d'une manière élégante et plausible."
C'est la saison
Pendant les saisons sèches, les niveaux de phosphate peuvent augmenter dans les lacs de soude, ce qui signifie que ces corps peuvent avoir des niveaux de phosphate 1 million de fois plus élevés que ceux de l'eau de mer.
"Les niveaux extrêmement élevés de phosphate dans ces lacs et étangs auraient provoqué des réactions qui ont mis du phosphore dans les éléments moléculaires de l'ARN, des protéines et des graisses, tous nécessaires à la vie", a déclaré Catling dans le communiqué.
Il y a environ 4 milliards d'années, l'air riche en dioxyde de carbone de la Terre aurait aidé à créer de tels lacs avec des niveaux élevés de phosphore, selon les chercheurs. En effet, des lacs riches en carbonate se forment souvent là où les atmosphères ont des niveaux élevés de dioxyde de carbone. De plus, le dioxyde de carbone se dissout dans l'eau, le rendant plus acide, qui à son tour libère du phosphore des roches.
"Le début de la Terre était un endroit volcaniquement actif, vous auriez donc eu beaucoup de roche volcanique fraîche réagissant avec le dioxyde de carbone et fournissant du carbonate et du phosphore aux lacs", a déclaré Toner. "La Terre primitive aurait pu héberger de nombreux lacs riches en carbonates, qui auraient eu des concentrations de phosphore suffisamment élevées pour démarrer la vie."
Cette étude complète un autre article publié par les deux chercheurs en 2019, qui montre que les lacs de soude peuvent également fournir suffisamment de cyanure, un produit chimique mortel pour l'homme mais pas pour les microbes primitifs. Le cyanure aurait pu soutenir la formation d'acides aminés et de nucléotides, les éléments constitutifs des protéines, de l'ADN et de l'ARN - en substance, les ingrédients clés de la vie, ont déclaré les chercheurs.
