بدون الفوسفور ، لا توجد حياة. إنه جزء ضروري من الحمض النووي ، والحمض النووي الريبي ، والجزيئات البيولوجية الأخرى مثل ATP ، والتي تساعد الخلايا على نقل الطاقة. لكن أي فوسفور كان موجودًا عندما تكونت الأرض كان سيتم عزله في مركز الكوكب المنصهر.
إذن من أين أتى الفوسفور؟
ربما جاء من الغبار الكوني.
عندما تشكلت الأرض ، كان الفوسفور جزءًا من المواد التي اندمجت في الكوكب. لكن إحدى خصائص الفوسفور تعني أن الكثير من العنصر الأولي يتجمع في لب الأرض ، وليس في قشرة الأرض. الفوسفور هو عنصر دردار بمعنى أنه يحب الذوبان في الحديد. نظرًا لأن الكثير من الحديد على الأرض غرق لتشكيل نواة الكوكب ، فقد أخذ معه الكثير من الفوسفور.
وبسبب ذلك ، لم يكن الفوسفور متاحًا للحياة عندما تشكلت الأرض ، وكان يجب أن يأتي من مكان آخر. كما كان عليه أن يصل إلى الأرض على مدى فترة طويلة من الزمن. في السابق ، افترض العلماء أن النيازك والمذنبات قد تكون المصدر. لكن دراسة جديدة تشير إلى أن الفوسفور قد يأتي من الغبار الكوني.
الدراسة الجديدة بعنوان ' كيمياء الفسفور في الغلاف الجوي العلوي للأرض 'وتم نشره في Journal of Geophysical Research Space Physics. المؤلف الرئيسي هو جون بلين ، أستاذ كيمياء الغلاف الجوي في جامعة ليدز.
كل عام ، آلاف الأطنان من الغبار الكوني تصل إلى سطح الأرض. معظم الغبار الكوني عبارة عن جسيمات صغيرة لا يتجاوز حجمها بضع مئات من الميكرومترات. الكثير منها عبارة عن معادن السيليكات ، وهي أكثر أنواع المعادن شيوعًا على وجه الأرض ، بما في ذلك الكوارتز والزبرجد الزيتوني والفلدسبار. تشمل بعض أنواع الغبار الكوني المواد الكربونية والكبريتيدات والمعادن وغيرها من المعادن والمركبات ، بما في ذلك الفوسفور. يمكن لأي جسم تقريبًا - وخاصة الكويكبات والمذنبات - إنتاجه من خلال عمليات مثل البراكين والغازات ، أو عن طريق الاصطدامات.
يضيء ضوء القمر وضوء البروج السماء فوق مرصد لا سيلا التابع للمكتب الأوروبي الجنوبي. يُعتقد أن ضوء البروج هو ضوء الشمس المنعكس من الغبار المركّز في مستوى البروج أو مسير الشمس. (الائتمان: Alan Fitzsimmons / ESO)
قبل أن يكون الفسفور مفيدًا للكائنات الحية ، يجب أن يكون على شكل فوسفات أو فوسفات معادن. في الورقة البحثية ، أظهر المؤلفون أن الغبار الكوني يمكن أن يمر بسلسلة من التفاعلات الكيميائية أثناء انتقاله عبر الغلاف الجوي ، وفي النهاية يستقر ويستقر على سطح الأرض.
عندما يضرب الغبار الكوني أو حبيبات الغبار بين الكواكب (IDP) الغلاف الجوي للأرض ، فإنها تسخن. تتسبب الحرارة في ذوبانها وتبخرها ، وهي عملية تسمى الاجتثاث. الدراسات المعملية السابقة تحتوي على شظايا من النيازك بحجم غبار ساخن ومُسخن واكتشفت إطلاق جزيئات تحتوي على الفوسفور. أظهرت النمذجة القائمة على هذه التجارب أن النازحين داخليًا يمكن أن يكونوا مصدرًا مهمًا للفوسفور على مدى فترات زمنية طويلة.
في هذا العمل الجديد ، أراد المؤلفون تعميق فهم الغبار الكوني ، وكيف يمكن للاجتثاث والعمليات الكيميائية أن تقدم أشكالًا مفيدة بيولوجيًا من الفوسفور - الفوسفات والفوسفات - إلى الأرض. للقيام بذلك ، أخذوا نتائج المختبر من التجارب السابقة ودمجوها مع التوقعات النظرية للتفاعلات الكيميائية الأخرى التي لم تتم دراستها في المختبر. مع نموذج التفاعل هذا في متناول اليد ، قاموا بدمجه في نموذج المناخ العالمي.
يوضح هذا الرقم من الدراسة كيف يمكن للغبار الكوني أن يخلق أشكالًا مهمة من الفوسفور من خلال عملية بدأها الاجتثاث. تحدث هذه العملية في الغلاف الجوي الأرضي والغلاف الحراري السفلي. لاحظ المركبين في الأسفل. على اليسار ، تُظهر الأسهم الخضراء المسار المهم من OPO إلى H.3ص3(حمض الفوسفور.) على اليمين ، تظهر الأسهم الحمراء المسار من OPO إلى H.3ص4(حمض الفوسفوريك.) حقوق الصورة: Plane et al 2021.
دعمت النتائج فكرة الغبار الكوني كمصدر للكثير من الفوسفور المفيد بيولوجيًا للأرض. من خلال نموذج المناخ العالمي الخاص بهم ، تمكنوا أيضًا من إظهار المناطق على الأرض التي قد تتلقى معظم الفوسفور: جبال الأنديز الجنوبية ، وجبال روكي الشمالية ، وجبال الهيمالايا. وجد الفريق أيضًا أن الأرض قد تكون محاطة بطبقة جوية ضيقة من جزيء يحتوي على الفوسفور يسمى OPO على ارتفاع حوالي 90 كم (56 ميل).
يوضح هذا الرقم من الدراسة ترسب الفوسفور المتلاشي بالنيازك على الأرض. لاحظ الكميات الأكبر (باللون الأحمر) فوق جبال روكي الشمالية وجبال الأنديز الجنوبية وجبال الهيمالايا. حقوق الصورة: Plane et al 2021.
ليس كل الفسفور الذي يدخل الغلاف الجوي للأرض يصبح فوسفورًا مفيدًا من الناحية البيولوجية. ويقدر الباحثون أن حوالي 11٪ من الفوسفات المعدنية تشكل دخانًا نيزكيًا وتستقر في النهاية على سطح الأرض.
على الرغم من أن الكثير من هذا العمل نظري ، إلا أن المؤلفين يشيرون إلى فائدة دراستهم. 'ومع ذلك ،' كتبوا في خاتمة ورقتهم ، 'يمكن استخلاص استنتاجين مهمين'.
'أولاً ، يوفر اجتثاث الفوسفور من النازحين داخليًا مصدرًا كبيرًا ومستمرًا للفوسفور المؤكسد إلى السطح في شكل جزيئات دخان صغيرة الحجم. ثانيًا ، من المحتمل أن يكون جزء غير مهم من الفوسفور في شكل فوسفات متوفر بيولوجيًا بدلاً من الفوسفات ... '
إذا كانت صحيحة ، فإن نتائجها لها آثار مهمة في فهمنا لتاريخ الحياة على الأرض. أولاً ، تم عزل الفسفور الأولي في لب الأرض ، ولم يكن متاحًا للحياة. يوضح نموذجهم كيف يمكن أن يكون الغبار الكوني مصدرًا مستمرًا للفوسفور المتاح بيولوجيًا.
قد يشرح البحث المستقبلي هذا بمزيد من التفصيل. قد تتمكن الأبحاث المستقبلية أيضًا من معرفة ما إذا كانت كمية الفسفور من الغبار الكوني قد اختلفت قبل وبعد حدث الأوكسجين الكبير (GOE) ، فترة حرجة في تاريخ الأرض العميق.
إذا كان هناك ارتباط بين GEO والغبار الكوني الفوسفور ، فهذا مجرد مثال واحد آخر على عدد الأشياء التي يجب أن تحدث للحياة حتى تفعل ما تفعله.