Charles Darwin mengusulkan bahwa kehidupan bisa saja muncul di “kolam kecil yang hangat” dengan campuran bahan kimia dan energi yang tepat. Sebuah studi dari University of Washington, yang diterbitkan bulan ini di Komunikasi Bumi & Lingkungan, melaporkan bahwa “danau soda” yang dangkal di Kanada bagian barat menunjukkan potensi untuk memenuhi persyaratan tersebut. Temuan ini memberikan dukungan baru bahwa kehidupan mungkin muncul dari danau-danau di masa awal Bumi, sekitar 4 miliar tahun yang lalu.
Para ilmuwan telah mengetahui bahwa dalam kondisi yang tepat, molekul-molekul kehidupan yang kompleks dapat muncul secara spontan. Seperti yang baru-baru ini difiksikan dalam film laris “Lessons in Chemistry,” molekul biologis dapat dibujuk untuk terbentuk dari molekul anorganik. Faktanya, jauh setelah penemuan nyata pada era tahun 1950-an membuat asam amino, bahan penyusun protein, penelitian yang lebih baru telah membuat bahan penyusun RNA. Namun langkah selanjutnya ini memerlukan konsentrasi fosfat yang sangat tinggi.
Fosfat membentuk “tulang punggung” RNA dan DNA dan juga merupakan komponen kunci membran sel. Konsentrasi fosfat yang dibutuhkan untuk membentuk biomolekul ini di laboratorium ratusan hingga 1 juta kali lebih tinggi dibandingkan konsentrasi yang biasanya ditemukan di sungai, danau, atau lautan. Hal ini disebut sebagai “masalah fosfat” bagi munculnya kehidupan – sebuah masalah yang mungkin dapat dipecahkan oleh danau soda.
“Saya pikir danau soda ini memberikan jawaban terhadap masalah fosfat,” kata penulis senior David Catling, seorang profesor ilmu bumi dan luar angkasa di UW. “Jawaban kami penuh harapan: Lingkungan ini seharusnya terjadi di masa awal Bumi, dan mungkin di planet lain, karena ini hanyalah hasil alami dari cara terbentuknya permukaan planet dan cara kerja kimia air.”
Danau soda mendapatkan namanya karena memiliki kadar natrium dan karbonat terlarut yang tinggi, mirip dengan soda kue terlarut. Hal ini terjadi dari reaksi antara air dan batuan vulkanik di bawahnya. Danau soda juga memiliki kadar fosfat terlarut yang tinggi.
Penelitian UW sebelumnya pada tahun 2019 menemukan bahwa kondisi kimiawi munculnya kehidupan secara teoritis dapat terjadi di danau soda. Para peneliti menggabungkan model kimia dengan eksperimen laboratorium untuk menunjukkan bahwa proses alami secara teoritis dapat mengkonsentrasikan fosfat di danau-danau ini hingga tingkat hingga 1 juta kali lebih tinggi dibandingkan di perairan biasa.
Untuk studi baru ini, tim mulai mempelajari lingkungan seperti itu di Bumi. Secara kebetulan, kandidat yang paling menjanjikan berada dalam jarak berkendara. Terselip di akhir tesis master dari tahun 1990an adalah tingkat fosfat alami tertinggi yang diketahui dalam literatur ilmiah di Last Chance Lake di pedalaman British Columbia, Kanada, sekitar tujuh jam perjalanan dari Seattle.
Danau ini memiliki kedalaman sekitar 1 kaki dan memiliki air keruh dengan ketinggian yang berfluktuasi. Itu terletak di tanah federal di ujung jalan tanah berdebu di Dataran Tinggi Cariboo, di negara peternakan British Columbia. Danau dangkal memenuhi persyaratan untuk danau soda: danau di atas batuan vulkanik (dalam hal ini, basal) dikombinasikan dengan atmosfer kering dan berangin yang menguapkan air yang masuk untuk menjaga tingkat air tetap rendah dan mengkonsentrasikan senyawa terlarut di dalam danau.
Analisis yang diterbitkan dalam makalah baru menunjukkan bahwa danau soda adalah kandidat kuat munculnya kehidupan di Bumi. Mereka juga bisa menjadi kandidat kehidupan di planet lain.
“Kami mempelajari lingkungan alam yang seharusnya umum di seluruh tata surya. Batuan vulkanik banyak terdapat di permukaan planet, jadi kimia air yang sama bisa terjadi tidak hanya di awal Bumi, tapi juga di awal Mars dan awal Venus, jika ada air dalam bentuk cair,” kata penulis utama Sebastian Haas, peneliti pascadoktoral UW. dalam ilmu bumi dan luar angkasa.
Tim UW mengunjungi Danau Last Chance sebanyak tiga kali pada tahun 2021 hingga 2022. Mereka mengumpulkan observasi pada awal musim dingin, ketika danau tersebut tertutup es; di awal musim panas, ketika mata air tadah hujan dan aliran sungai yang mencairkan salju membuat air berada pada titik tertinggi; dan di akhir musim panas ketika danau hampir mengering seluruhnya.
“Anda memiliki dataran garam yang tampaknya kering, tetapi ada sudut dan celahnya. Dan di antara garam dan sedimen terdapat kantong-kantong kecil air yang sangat tinggi kandungan fosfat terlarutnya,” kata Haas. “Yang ingin kami pahami adalah mengapa dan kapan hal ini bisa terjadi di Bumi purba, untuk menyediakan tempat lahirnya kehidupan.”
Pada ketiga kunjungan tersebut, tim mengumpulkan sampel air, sedimen danau, dan kerak garam untuk memahami kimia danau.
Di sebagian besar danau, fosfat terlarut dengan cepat bergabung dengan kalsium untuk membentuk kalsium fosfat, bahan tidak larut yang membentuk email gigi kita. Ini menghilangkan fosfat dari air. Namun di Last Chance Lake, kalsium bergabung dengan karbonat dan magnesium yang melimpah untuk membentuk dolomit, mineral yang sama yang membentuk pegunungan yang indah. Reaksi ini telah diprediksi oleh pekerjaan pemodelan sebelumnya dan dikonfirmasi ketika dolomit melimpah di sedimen Danau Last Chance. Ketika kalsium berubah menjadi dolomit dan tidak tersisa di air, fosfat tidak memiliki mitra ikatan sehingga konsentrasinya meningkat.
“Studi ini menambah bukti yang berkembang bahwa danau soda evaporatif adalah lingkungan yang memenuhi persyaratan kimia asal usul kehidupan dengan mengumpulkan bahan-bahan utama pada konsentrasi tinggi,” kata Catling.
Studi tersebut juga membandingkan Last Chance Lake dengan Goodenough Lake, sebuah danau sedalam kira-kira 3 kaki dengan air yang lebih jernih dan kandungan kimia yang berbeda hanya berjarak dua menit berjalan kaki, untuk mengetahui apa yang membuat Last Chance Lake unik. Para peneliti bertanya-tanya mengapa kehidupan, yang ada di semua danau modern pada tingkat tertentu, tidak menggunakan fosfat di Danau Last Chance.
Danau Goodenough memiliki lapisan cyanobacteria yang mengekstraksi atau “memperbaiki” gas nitrogen dari udara. Cyanobacteria, seperti semua makhluk hidup lainnya, juga membutuhkan fosfat – dan populasinya yang terus bertambah menghabiskan sebagian dari pasokan fosfat air danau. Namun Danau Last Chance sangat asin sehingga menghambat makhluk hidup yang melakukan pekerjaan intensif energi untuk memperbaiki nitrogen di atmosfer. Danau Last Chance menampung beberapa alga tetapi ketersediaan nitrogennya tidak mencukupi untuk menampung lebih banyak kehidupan, sehingga memungkinkan fosfat terakumulasi. Hal ini juga menjadikannya analog yang lebih baik untuk Bumi yang tak bernyawa.
“Temuan baru ini akan membantu memberi informasi kepada para peneliti asal usul kehidupan yang mereplikasi reaksi ini di laboratorium atau mencari lingkungan yang berpotensi layak huni di planet lain,” kata Catling.