Kehidupan bisa saja muncul dari danau dengan fosfor tinggi
Danau Mono di California Timur tidak memiliki aliran keluar, memungkinkan garam menumpuk seiring waktu. Garam tinggi di danau kaya karbonat ini dapat tumbuh menjadi pilar. Kredit: Matthew Dillon / Flickr

Kehidupan seperti yang kita tahu membutuhkan fosfor. Ini adalah salah satu dari enam unsur kimia utama kehidupan, membentuk tulang punggung molekul DNA dan RNA, bertindak sebagai mata uang utama untuk energi di semua sel dan menjangkar lipid yang memisahkan sel dari lingkungan sekitarnya.

Tetapi bagaimana lingkungan yang tak bernyawa di awal Bumi memasok bahan utama ini?

“Selama 50 tahun, apa yang disebut ‘masalah fosfat,’ telah mengganggu studi tentang asal usul kehidupan,” kata penulis pertama Jonathan Toner, asisten profesor riset Universitas Washington untuk ilmu bumi dan luar angkasa.

Masalahnya adalah bahwa reaksi kimia yang membuat blok bangunan makhluk hidup membutuhkan banyak fosfor, tetapi fosfor langka. Sebuah studi UW baru, yang diterbitkan 30 Desember di Prosiding National Academy of Sciences , menemukan jawaban untuk masalah ini di beberapa jenis danau.

Studi ini berfokus pada danau kaya karbonat, yang terbentuk di lingkungan kering dalam depresi yang mengalirkan air yang mengalir dari lanskap sekitarnya. Karena tingkat penguapan yang tinggi, air danau terkonsentrasi menjadi larutan asin dan alkali, atau pH tinggi. Danau seperti itu, juga dikenal sebagai danau alkali atau soda, ditemukan di semua tujuh benua.

Para peneliti pertama kali melihat pengukuran fosfor di danau kaya karbonat yang ada, termasuk Danau Mono di California, Danau Magadi di Kenya dan Danau Lonar di India.

Kehidupan bisa saja muncul dari danau dengan fosfor tinggi
Foto 2007 ini menunjukkan Danau Magadi di Kenya, sebuah danau kaya karbon yang tempat tidurnya terbuat dari batuan vulkanik. Air asin danau kaya akan mikroba dan menarik kehidupan lain, termasuk flamingo dan zebra ini. Kredit: Stig Nygaard / Flickr

Sementara konsentrasi yang tepat tergantung pada di mana sampel diambil dan selama musim apa, para peneliti menemukan bahwa danau yang kaya karbonat memiliki hingga 50.000 kali tingkat fosfor yang ditemukan di air laut, sungai dan jenis danau lainnya. Konsentrasi tinggi seperti itu menunjuk pada adanya beberapa mekanisme alami umum yang mengakumulasi fosfor di danau-danau ini.

Saat ini, danau yang kaya karbonat ini kaya secara biologis dan mendukung kehidupan mulai dari mikroba hingga kawanan flamingo Danau Magadi yang terkenal. Makhluk hidup ini mempengaruhi kimia danau. Jadi para peneliti melakukan percobaan laboratorium dengan botol air yang kaya karbonat pada komposisi kimia yang berbeda untuk memahami bagaimana danau menumpuk fosfor, dan bagaimana konsentrasi fosfor yang tinggi dapat terjadi di lingkungan yang tak bernyawa.

Alasan mengapa perairan ini memiliki fosfor yang tinggi adalah karena kandungan karbonatnya. Di sebagian besar danau, kalsium, yang jauh lebih berlimpah di Bumi, berikatan dengan fosfor untuk membuat mineral kalsium fosfat padat, yang tidak dapat diakses kehidupan. Tetapi di perairan yang kaya karbonat, karbonat itu bersaing dengan fosfat untuk mengikat dengan kalsium, membuat sebagian dari fosfat tidak terikat. Tes laboratorium yang menggabungkan bahan-bahan pada konsentrasi berbeda menunjukkan bahwa kalsium berikatan dengan karbonat dan membiarkan fosfat tersedia secara bebas di dalam air.

“Itu ide yang langsung, yang merupakan daya tariknya,” kata Toner. “Ini memecahkan masalah fosfat dengan cara yang elegan dan masuk akal.”

Tingkat fosfat bisa naik lebih tinggi lagi, ke tingkat jutaan kali di air laut, ketika air danau menguap selama musim kemarau, di sepanjang garis pantai, atau di kolam yang terpisah dari badan utama danau.

Titik-titik berwarna menunjukkan tingkat fosfor yang diukur di berbagai danau kaya karbonat di seluruh dunia. Danau kaya karbonat yang ada dapat mengandung hingga 50.000 kali kadar fosfat yang ditemukan di air laut, dengan tingkat tertinggi diukur dalam sistem danau Goodenough and Last Chance British Columbia (titik-titik kuning). Kredit: Toner et al / PNAS
“Tingkat fosfat yang sangat tinggi di danau dan kolam ini akan mendorong reaksi yang menempatkan fosfor ke dalam molekul pembangun RNA, protein, dan lemak, yang semuanya diperlukan untuk membuat kehidupan berjalan,” kata rekan penulis David Catling, seorang Profesor ilmu Bumi & luar angkasa UW.

Udara kaya karbon dioksida di Bumi purba, sekitar empat miliar tahun yang lalu, akan ideal untuk menciptakan danau seperti itu dan memungkinkan mereka mencapai tingkat fosfor maksimum. Danau yang kaya karbonat cenderung terbentuk di atmosfer dengan karbon dioksida yang tinggi. Plus, karbon dioksida larut dalam air untuk menciptakan kondisi asam yang secara efisien melepaskan fosfor dari batuan.

“Bumi purba adalah tempat yang aktif secara vulkanis, sehingga Anda akan memiliki banyak batuan vulkanik segar yang bereaksi dengan karbon dioksida dan memasok karbonat dan fosfor ke danau,” kata Toner. “Bumi purba dapat menjadi tuan rumah bagi banyak danau kaya karbonat, yang akan memiliki konsentrasi fosfor yang cukup tinggi untuk memulai kehidupan.”

Studi terbaru lainnya oleh kedua penulis menunjukkan bahwa jenis danau ini juga dapat memberikan sianida yang melimpah untuk mendukung pembentukan asam amino dan nukleotida, bahan pembangun protein, DNA dan RNA. Sebelumnya para peneliti telah berjuang untuk menemukan lingkungan alami dengan sianida yang cukup untuk mendukung asal usul kehidupan. Sianida beracun bagi manusia, tetapi tidak untuk mikroba primitif, dan sangat penting untuk jenis kimia yang siap membuat blok bangunan kehidupan.

oleh University of Washington

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *