Le problème de savoir comment le phosphore est devenu un ingrédient universel pour la vie sur Terre a peut-être été résolu par des chercheurs de l'Université de Cambridge et de l'Université du Cap, qui ont recréé en laboratoire l'eau de mer primordiale contenant l'élément.

Leurs résultats, publiés dans la revue Nature Communications , montrent que l'eau de mer pourrait être la source manquante de phosphate, ce qui signifie qu'elle aurait pu être disponible à une échelle suffisamment grande pour la vie sans nécessiter de conditions environnementales particulières.

"Cela pourrait vraiment changer notre façon de penser les environnements dans lesquels la vie est née", a déclaré le co-auteur, le professeur Nick Tosca du département des sciences de la Terre de Cambridge.

L'étude, dirigée par Matthew Brady, titulaire d'un doctorat. étudiant du Département des sciences de la Terre de Cambridge, montre que l'eau de mer primitive pouvait contenir mille à dix mille fois plus de phosphate qu'on ne l'avait estimé auparavant, à condition que l'eau contienne beaucoup de fer.

Le phosphate est un ingrédient essentiel dans la création des éléments constitutifs de la vie - formant un composant clé de l'ADN et de l'ARN - mais c'est l'un des éléments les moins abondants dans le cosmos par rapport à son importance biologique. Sous sa forme minérale, le phosphate est également relativement inaccessible. Il peut être difficile de le dissoudre dans l'eau pour que la vie puisse l'utiliser.

Les scientifiques soupçonnent depuis longtemps que le phosphore fait partie de la biologie très tôt, mais ils n'ont que récemment commencé à reconnaître le rôle du phosphate dans la direction de la synthèse des molécules nécessaires à la vie sur Terre. "Les expériences montrent que cela produit des choses incroyables - les chimistes peuvent synthétiser des biomolécules cruciales s'il y a beaucoup de phosphate en solution", a déclaré Tosca.

Mais l'environnement exact nécessaire à la production de phosphate a fait l'objet de discussions. Certaines études ont suggéré que lorsque le fer est abondant, le phosphate devrait en fait être encore moins accessible à la vie. Ceci est cependant controversé car la Terre primitive aurait eu une atmosphère pauvre en oxygène où le fer aurait été répandu.

Pour comprendre comment la vie en est venue à dépendre du phosphate et le type d'environnement dans lequel cet élément se serait formé, ils ont effectué une modélisation géochimique pour recréer les premières conditions sur Terre.

"C'est excitant de voir à quel point de simples expériences dans une bouteille peuvent bouleverser notre réflexion sur les conditions qui existaient au début de la Terre", a déclaré Brady.

En laboratoire, ils ont fabriqué de l'eau de mer avec la même chimie que l'on pensait avoir existé au début de l'histoire de la Terre. Ils ont également mené leurs expériences dans une atmosphère privée d'oxygène, tout comme sur la Terre antique.

Les résultats de l'équipe suggèrent que l'eau de mer elle-même aurait pu être une source majeure de cet élément essentiel.

"Cela ne signifie pas nécessairement que la vie sur Terre a commencé dans l'eau de mer", a déclaré Tosca, "cela ouvre de nombreuses possibilités sur la façon dont l'eau de mer aurait pu fournir du phosphate à différents environnements, par exemple, des lacs, des lagunes ou des rivages où les embruns marins aurait pu transporter le phosphate sur terre."

Auparavant, les scientifiques avaient proposé une gamme de moyens de générer du phosphate, certaines théories impliquant des environnements spéciaux tels que des sources volcaniques acides ou des lacs alcalins, et des minéraux rares trouvés uniquement dans les météorites.

"Nous avions l'intuition que le fer était la clé de la solubilité du phosphate, mais il n'y avait tout simplement pas assez de données", a déclaré Tosca. L'idée des expériences de l'équipe est venue lorsqu'ils ont examiné les eaux qui baignent les sédiments déposés dans la mer Baltique moderne. "C'est inhabituel parce qu'il est riche en phosphate et en fer. Nous avons commencé à nous demander ce qui était si différent dans ces eaux particulières."

Dans leurs expériences, les chercheurs ont ajouté différentes quantités de fer à une gamme d'échantillons d'eau de mer synthétiques et ont testé la quantité de phosphore qu'il pouvait contenir avant la formation de cristaux et la séparation des minéraux du liquide. Ils ont ensuite intégré ces points de données dans un modèle capable de prédire la quantité de phosphate que l'eau de mer ancienne pouvait contenir.

Les eaux interstitielles de la mer Baltique ont fourni un ensemble d'échantillons modernes qu'ils ont utilisés pour tester leur modèle. "Nous pourrions parfaitement reproduire cette chimie inhabituelle de l'eau", a déclaré Tosca. À partir de là, ils ont continué à explorer la chimie de l'eau de mer avant toute biologie.

Les résultats ont également des implications pour les scientifiques qui tentent de comprendre les possibilités de vie au-delà de la Terre. "Si le fer aide à mettre plus de phosphate en solution, cela pourrait être pertinent pour le début de Mars", a déclaré Tosca.

Les preuves de l'eau sur l'ancienne Mars sont abondantes, y compris les anciens lits de rivières et les dépôts d'inondation, et nous savons également qu'il y avait beaucoup de fer à la surface et que l'atmosphère était parfois pauvre en oxygène, a déclaré Tosca.

Leurs simulations des eaux de surface filtrant à travers les roches à la surface martienne suggèrent que l'eau riche en fer pourrait également avoir fourni des phosphates dans cet environnement.

"Il va être fascinant de voir comment la communauté utilise nos résultats pour explorer de nouvelles voies alternatives pour l'évolution de la vie sur notre planète et au-delà", a déclaré Brady. + Explorer plus loin

La vie aurait pu émerger de lacs riches en phosphore