Фосфор — один из ключевых элементов жизни. Он входит в состав ДНК, РНК и клеточных мембран.

Но на ранней Земле он был заключен в нерастворимых минералах, и ученые долго не понимали, как он мог попасть в океан в достаточном количестве для зарождения жизни.

Команда исследователей из Университета Тохоку, Юя Цукамото и Такеши Какегава, нашла ответ.

Они изучили базальтовые породы возрастом 3,455 миллиарда лет с морского дна в Западной Австралии и обнаружили, что фосфор вымывался из них гидротермальными водами.

Результаты опубликованы в издании Geochimica et Cosmochimica Acta.

Мы сравнили почти нетронутые породы с теми, что подверглись воздействию горячих источников, — объясняет Цукамото. — Оказалось, что в измененных породах фосфатные минералы растворялись, а сам фосфор попадал в воду. Это значит, что гидротермальные системы могли насыщать древний океан этим элементом.

Гидротермальные системы — это подземные или подводные потоки горячей воды, насыщенной минералами. Они возникают там, где магма нагревает воду, заставляя ее циркулировать через породы и растворять их.

Ученые выделили два типа растворов, которые вымывали фосфор:

• Сернистые и очень горячие — они разрушали минералы быстрее.
• Слабокислые или щелочные, менее нагретые — характерные для древней Земли с высоким содержанием CO₂.

Расчеты показали, что концентрация фосфора в таких водах достигала 2 миллимоль на литр — это в тысячу раз больше, чем в современном океане. Более того, ежегодный вынос фосфора гидротермальными источниками мог быть сопоставим с тем, что сегодня попадает в воду из-за разрушения горных пород на суше.

Теперь у нас есть прямое доказательство, что подводные горячие источники поставляли фосфор в ранний океан, — говорит Цукамото. — В таких местах могли формироваться первые микроорганизмы.

Исследование также предполагает, что похожие процессы могли идти не только на дне океана, но и в наземных горячих источниках. Дальнейшее изучение поможет понять, как менялся круговорот фосфора на ранней Земле.

Польза исследования

• Поиск жизни на других планетах — если фосфор мог концентрироваться в гидротермальных системах, то аналогичные условия стоит искать на Марсе или спутниках Юпитера.
• Биотехнологии — понимание, как микроорганизмы использовали фосфор в экстремальных условиях, может помочь в создании устойчивых биоматериалов.
• Геохимические модели — данные помогут точнее реконструировать состав древних океанов и атмосферы.

Исследование опирается на анализ пород из одного региона — Пилбара. Хотя это один из древнейших участков земной коры, нельзя исключать, что в других местах фосфор высвобождался иначе. Кроме того, моделирование потоков основано на современных аналогах, а состав гидротермальных вод 3,5 млрд лет назад мог существенно отличаться.

Ранее ученые заявили, что жизнь на Земле могла зародиться на 300 тысяч лет раньше.