Charles Darwin propuso que la vida podría haber surgido en un «pequeño estanque cálido» con el cóctel adecuado de sustancias químicas y energía.
por Hannah Hickey, Universidad de Washington
Un estudio de la Universidad de Washington, publicado este mes en Communications Earth & Environment , informa que un «lago de soda» poco profundo en el oeste de Canadá parece prometedor para cumplir con esos requisitos. Los hallazgos proporcionan nueva evidencia de que la vida podría haber surgido de los lagos en la Tierra primitiva, hace aproximadamente 4 mil millones de años.
Los científicos saben que, en las condiciones adecuadas, las complejas moléculas de la vida pueden surgir espontáneamente. Como se describió recientemente en el exitoso éxito «Lecciones de química», las moléculas biológicas pueden ser forzadas a formarse a partir de moléculas inorgánicas. De hecho, mucho después de que el descubrimiento de la vida real en la década de 1950 creara los aminoácidos, los componentes básicos de las proteínas, trabajos más recientes han creado los componentes básicos del ARN. Pero el siguiente paso requiere concentraciones de fosfato extremadamente altas .
El fosfato forma la «columna vertebral» del ARN y el ADN y también es un componente clave de las membranas celulares. Las concentraciones de fosfato necesarias para formar estas biomoléculas en el laboratorio son de cientos a un millón de veces superiores a los niveles que normalmente se encuentran en ríos, lagos o en el océano. A esto se le ha llamado el «problema del fosfato» para el surgimiento de la vida, un problema que los lagos de soda pueden haber resuelto.
«Creo que estos lagos de soda proporcionan una respuesta al problema del fosfato», dijo el autor principal David Catling, profesor de ciencias terrestres y espaciales de la Universidad de Washington. «Nuestra respuesta es esperanzadora: este entorno debería ocurrir en la Tierra primitiva, y probablemente en otros planetas, porque es simplemente un resultado natural de la forma en que se forman las superficies planetarias y de cómo funciona la química del agua».
Los lagos de soda reciben su nombre por tener altos niveles de sodio y carbonato disueltos, similares al bicarbonato de sodio disuelto. Esto ocurre por las reacciones entre el agua y las rocas volcánicas que se encuentran debajo. Los lagos de soda también pueden tener altos niveles de fosfato disuelto.
Una investigación anterior de la Universidad de Washington en 2019 encontró que, en teoría, las condiciones químicas para que surja la vida podrían ocurrir en los lagos de soda. Los investigadores combinaron modelos químicos con experimentos de laboratorio para demostrar que, en teoría, los procesos naturales pueden concentrar fosfato en estos lagos a niveles hasta 1 millón de veces más altos que en las aguas típicas.
Para el nuevo estudio, el equipo se propuso estudiar dicho entorno en la Tierra. Por coincidencia, el candidato más prometedor estaba a poca distancia en coche. Escondido al final de una tesis de maestría de la década de 1990 se encontraba el nivel de fosfato natural más alto conocido en la literatura científica en el lago Last Chance en el interior de Columbia Británica, Canadá, a unas siete horas en auto desde Seattle.
El lago tiene aproximadamente un pie de profundidad y agua turbia con niveles fluctuantes. Se encuentra en un terreno federal al final de un polvoriento camino de tierra en Cariboo Plateau, en la zona ganadera de Columbia Británica. El lago poco profundo cumple con los requisitos de un lago de soda: un lago sobre roca volcánica (en este caso, basalto) combinado con una atmósfera seca y ventosa que evapora el agua entrante para mantener bajos los niveles de agua y concentra los compuestos disueltos dentro del lago.
El análisis publicado en el nuevo artículo sugiere que los lagos de soda son un fuerte candidato para el surgimiento de vida en la Tierra. También podrían ser candidatos para la vida en otros planetas.
«Estudiamos un entorno natural que debería ser común en todo el sistema solar. Las rocas volcánicas prevalecen en las superficies de los planetas, por lo que esta misma química del agua podría haber ocurrido no sólo en la Tierra primitiva, sino también en Marte y Venus primitivos, si fueran líquidos. Había agua presente», dijo el autor principal Sebastian Haas, investigador postdoctoral de la Universidad de Washington en ciencias de la Tierra y el espacio.
El equipo de la Universidad de Washington visitó el lago Last Chance tres veces entre 2021 y 2022. Recolectaron observaciones a principios del invierno, cuando el lago estaba cubierto de hielo; a principios del verano, cuando los manantiales alimentados por la lluvia y los arroyos alimentados por el deshielo elevan el nivel del agua a su nivel más alto; y a finales del verano, cuando el lago se había secado casi por completo.
«Tienes este salar aparentemente seco, pero hay rincones y grietas. Y entre la sal y el sedimento hay pequeñas bolsas de agua que tienen un alto contenido de fosfato disuelto», dijo Haas. «Lo que queríamos entender era por qué y cuándo podría suceder esto en la Tierra antigua, con el fin de proporcionar una cuna para el origen de la vida».
En las tres visitas, el equipo recolectó muestras de agua, sedimentos del lago y costras de sal para comprender la química del lago.
En la mayoría de los lagos, el fosfato disuelto se combina rápidamente con el calcio para formar fosfato cálcico , el material insoluble que forma el esmalte dental. Esto elimina el fosfato del agua. Pero en Last Chance Lake, el calcio se combina con abundante carbonato y magnesio para formar dolomita, el mismo mineral que forma pintorescas cadenas montañosas. Esta reacción fue predicha por el trabajo de modelado anterior y confirmada cuando abundaba la dolomita en los sedimentos del lago Last Chance. Cuando el calcio se convierte en dolomita y no permanece en el agua, el fosfato carece de un compañero de enlace y, por lo tanto, su concentración aumenta.
«Este estudio se suma a la creciente evidencia de que los lagos de soda evaporativos son entornos que cumplen con los requisitos de la química del origen de la vida al acumular ingredientes clave en altas concentraciones», dijo Catling.
El estudio también comparó el lago Last Chance con el lago Goodenough, un lago de aproximadamente un metro de profundidad con agua más clara y una química diferente a solo dos minutos a pie, para saber qué hace que Last Chance Lake sea único. Los investigadores se preguntaron por qué la vida, presente en todos los lagos modernos en algún nivel, no estaba consumiendo el fosfato en el lago Last Chance.
Goodenough Lake tiene capas de cianobacterias que extraen o «fijan» gas nitrógeno del aire. Las cianobacterias, como todas las demás formas de vida, también necesitan fosfato, y su creciente población consume parte del suministro de fosfato del agua del lago . Pero Last Chance Lake es tan salado que inhibe a los seres vivos que realizan el trabajo intensivo en energía de fijar el nitrógeno atmosférico. El lago Last Chance alberga algunas algas, pero no tiene suficiente nitrógeno disponible para albergar más vida, lo que permite que se acumule fosfato. Esto también la convierte en una mejor analogía de una Tierra sin vida.
«Estos nuevos hallazgos ayudarán a informar a los investigadores del origen de la vida que están replicando estas reacciones en el laboratorio o buscando entornos potencialmente habitables en otros planetas», dijo Catling.
Más información: Sebastian Haas et al, Explicaciones biogeoquímicas para el lago más rico en fosfatos del mundo, un análogo del origen de la vida, Communications Earth & Environment (2024). DOI: 10.1038/s43247-023-01192-8
