كيف توافر الفوسفات لنشأة الحياة على الأرض؟

طارق قابيل

تتطلب الحياة كما نعرفها عنصر الفوسفور، فهو واحد من ستة عناصر كيميائية رئيسية في الحياة، حيث يشكل العمود الفقري لجزيئات الأحماض النووية "دي أن أي" و"آر أن أي"، وهو بمثابة العملة الرئيسية للطاقة في جميع الخلايا الحية، ويشكل مرتكزا لليبيدات الفوسفات، وهي التركيبة الأساسية للأغشية الخلوية التي تفصل الخلايا عن البيئة المحيطة بها.

لكن كيف تستطيع بيئة هامدة دون حياة في فترات مبكرة من تاريخ كوكب الأرض توفير هذا المكون الرئيسي؟

وجدت دراسة لجامعة ويسكونسن، نشرت في 30 ديسمبر/كانون الأول الماضي في دورية "بروسيدنغز أوف ذي ناشيونال أكاديمي أوف ساينسز" العلمية الأميركية، إجابة لهذه السؤال.

مشكلة الفوسفات
تركز الدراسة الجديدة على البحيرات الغنية بالكربونات التي تتشكل في البيئات الجافة داخل المنخفضات التي تقمع تصريف المياه المتدفقة من الأماكن الطبيعية المحيطة بها.

وقال جوناثان تونر المؤلف الأول للدراسة والأستاذ المساعد في علوم الأرض والفضاء بجامعة واشنطن، "على مدار خمسين عاما، ابتليت الدراسات حول أصل الحياة بما يسمى مشكلة الفوسفات". وهي أن التفاعلات الكيميائية التي تصنع اللبنات الأساسية للكائنات الحية تحتاج إلى الكثير من الفوسفور، لكن الفوسفور عادة ما يكون شحيحا ونادرا.

نظر الباحثون في قياسات الفوسفور في البحيرات الغنية بالكربونات، مثل بحيرة مونو في كاليفورنيا وبحيرة ماغادي بكينيا وبحيرة لونار في الهند.

ووجد الباحثون أن لديها مستويات فوسفور تصل إلى ما يقارب خمسين ألف مرة تركيز الفوسفور الموجود في مياه البحار والأنهار، وتشير هذه التركيزات العالية إلى وجود آلية طبيعية شائعة تراكم الفوسفور في هذه البحيرات.

وبسبب ارتفاع معدلات التبخر، تتركز مياه البحيرات في محاليل مالحة وقلوية، أو عالية الحموضة. وتوجد مثل هذه البحيرات، المعروفة أيضا باسم البحيرات القلوية أو بحيرات الصودا، في جميع القارات السبع.

اليوم، هذه البحيرات الغنية بالكربونات غنية من الناحية البيولوجية أيضا، وتدعم حياة تتراوح بين الميكروبات وأسراب طيور الفلامنغو في بحيرة ماغادي الشهيرة. لذلك قام الباحثون بإجراء تجارب معملية لفهم كيف تراكم البحيرات الفوسفور، وكيف يمكن الحصول على تركيزات عالية من الفوسفور في بيئة هامدة دون حياة.

محتوى الكربونات
السبب في أن هذه المياه تحتوي على نسبة عالية من الفوسفور هو محتوى الكربونات. وفي معظم البحيرات، يرتبط الكالسيوم، الذي يكون أكثر وفرة على وجه الأرض، بالفوسفور لإنتاج معادن فوسفات الكالسيوم الصلبة.

حيث تشير الاختبارات المعملية التي جمعت المكونات بتركيزات مختلفة إلى أن الكالسيوم يرتبط بالكربونات ويترك الفوسفات متاحا بحرية في الماء. ويمكن أن ترتفع مستويات الفوسفات إلى مليون ضعف في مستويات مياه البحيرة عندما تتبخر المياه خلال مواسم الجفاف، أو في برك منفصلة عن الجسم الرئيسي للبحيرة.

يقول ديفيد كاتلينغ المؤلف المشارك في البحث وأستاذ علوم الأرض والفضاء في جامعة ويسكونسن، "إن مستويات الفوسفات العالية للغاية في هذه البحيرات والبرك قادت التفاعلات التي وضعت الفوسفور في اللبنات الجزيئية للحمض النووي الريبي، والبروتينات، والدهون، وكل ذلك كان ضروريا لاستمرار الحياة".

الفوسفور وثاني أكسيد الكربون
تميل البحيرات الغنية بالكربونات إلى التشكل في الأجواء ذات تركيزات ثاني أكسيد الكربون المرتفعة. بالإضافة إلى ذلك، فإن ثاني أكسيد الكربون يذوب في الماء لخلق ظروف حمضية تطلق الفوسفور بكفاءة من الصخور.

كان الهواء الغني بثاني أكسيد الكربون على الأرض المبكرة، منذ حوالي أربعة مليارات سنة، مثاليا لإنشاء مثل هذه البحيرات والسماح لها بالوصول إلى أقصى مستويات الفوسفور.

وقال تونر "كانت الأرض المبكرة مكانا نشطا بركانيا، لذا كان من الممكن أن يكون لديك الكثير من الصخور البركانية الجديدة التي تتفاعل مع ثاني أكسيد الكربون وتمد البحيرات بالكربونات والفوسفور".