У кембрійський період, 500 мільйонів років тому, в морях панувала панцирна група. М’які тварини виділяють тіла з металевої пасти, які твердіють у захисні оболонки надзвичайної міцності та декоративної краси, деякі мають форму баранячих голів чи орлиних крил, інші — як флейти шампанського, усіяні гострими, як кинджали, колючками.
Але до девонського періоду, приблизно через 70 мільйонів років, більшість довгоногих тероподів, бріоподів, добре обстріляних моряків, жертв пограбувань та їхніх дорогих шляхів вимерли.
як дослідники Нещодавно запропоновано У журналі Trends in Ecology and Evolution крах імперії брахіопод є прикладом конфлікту, який визначив життя з самого початку: пошуки фосфору. Вчені давно знають, що елемент фосфор важливий на кількох фронтах, і тут він зв’язує молекулу ДНК разом, приводячи в дію кожен рух клітини. У новому звіті підкреслюється, що фосфат – хімічно корисна форма фосфору – сформував хід еволюції як арбітр твердих частин природи, її оболонок, зубів і кісток.
«Фосфор викрали хребетні та кісткові риби», — сказав Пітер Крафт, палеонтолог із Карлового університету в Чехії та автор нового звіту. «Як тільки це сталося, вони швидко диверсифікували і захопили». д-р Співпраця Крафта з Мішелем Мергелем із Західночеського університету.
Дослідження є частиною проекту «Відродження досліджень фосфатів», який охоплює різні дисципліни та часові рамки. Хіміки досліджують, як фосфати приправляють пребіотичний бульйон, який взагалі породив життя, тоді як матеріалознавці граються з елементом, створюючи приголомшливі нові кольори та форми.
«Якщо ви нагріваєте фосфор за інших умов, починають відбуватися різні температури, інший тиск і дивні речі», — сказала Андреа Селла, професор неорганічної хімії в Університетському коледжі Лондона. «Ви отримуєте червоні волокна, чорні металеві форми та фіолетові форми». Ви також можете складати шари атомів фосфору, а потім розділяти їх на дуже тонкі, гнучкі листи, які називаються фосфоренами, і все це з метою контролю потоку електронів і легких частинок, на яких ґрунтується технологія. «Ми лише подряпали поверхню того, що може зробити цей елемент», — сказав доктор Сілла.
Фосфор був відкритий наприкінці 17 століття гамбурзьким хіміком Хеннінгом Брандом, який ненавмисно виділив його, шукаючи «філософський камінь», який міг би перетворити звичайні метали на золото. Експерименти з великою кількістю золотої рідини, яку він знає найкраще – людської сечі – підштовхнули Бренда до дивної речовини, яка не мала жодного дотику Мідаса, але світилася в темряві, що змусило Бренда назвати його фосфором, грецька назва, що означає «приносить світло».
Ця чиста форма елемента, яка називається білим фосфором, виявилася токсичною та легкозаймистою, тому її використовували під час війни для виготовлення трасуючих куль, димових завіс і запальних бомб союзників, які спустошили рідне місто Бренда під час Другої світової війни.
WP також здобув похмуру славу Діккенса в 19 столітті, коли його додавали до кінчиків сірників, щоб виробляти сірники, які «вдарять де завгодно». Дівчата та жінки, які працювали на фабриках із поганою вентиляцією, виробляючи дуже популярний продукт, інколи піддавалися впливу такої кількості випарів фосфору, що у них розвивалася «тонка щелепа» — жахливий стан, коли їхні ясна відступали, зуби випадали, а кістки в щелепах розхитувалися. . За словами історика Луїзи Роу, боротьба сватів за безпечніші умови праці сприяла розвитку сучасного профспілкового руху.
Чистого фосфору в природі не існує, але він зв’язаний з киснем, як і фосфати, і цей молекулярний зв’язок, фосфорно-кисневий зв’язок, «є фундаментальним для того, чому біологія працює», Метью Боунер, хімік-органік з Університетського коледжу Лондона, сказав. Організм зберігає та спалює енергію, утворюючи та розриваючи фосфатні зв’язки, які містяться в невеликому грошовому механізмі клітини, молекулах аденозинтрифосфату, відомому як АТФ. Процес переробки фосфатів невпинний, сказав д-р Боунер, «по суті, щодня вага вашого тіла перетворюється на АТФ».
Фосфат поєднується з цукром, утворюючи кістяк ДНК, де він містить значущу структуру літер генетичної інформації, яка інакше згорнулася б у алфавітний суп. Фосфати змовляються з молекулами ліпідів, щоб інкапсулювати кожну клітину пильною мембраною, яка завжди визначає, що входить і чого слід уникати. Білки передають повідомлення один одному, обмінюючись пакетами фосфатів.
За дивовижною перевагою фосфатів стоїть негативний заряд, який запобігає небажаному витоку. «Ви можете лише включити живлення та випустити його, коли захочете», — сказав доктор Боунер. «Це не просочиться в навколишнє середовище». Навпаки, сказав він, еквівалентна молекула на основі вуглецю, яка називається карбонатом, легко розчиняється у воді: «Якщо ви з’єднаєте ДНК з вуглецями замість фосфатів, вона вся розпадеться». Доктор Боунер пожартував, що ми повинні розглядати життя, засноване на фосфатах, а не на вуглеці.
Однак, на відміну від інших основних компонентів життя – вуглецю, азоту, кисню та водню – молекули фосфату не мають газової фази. «Він занадто великий, щоб літати», – сказав доктор Силла. Фосфати входять у гру життя через ерозію гірських порід, розкладання організмів або екскрементів, таких як сеча чи гуано. Розуміння впливу потоків фосфатів у часі є серйозною дослідницькою роботою.
Одна загадка полягає в тому, як рано життя почалося на фосфатах. Враховуючи, наскільки фосфат важливий для кожного аспекту біології, примітивне водне середовище, в якому виникли перші клітини, повинно було бути багатим на фосфат. «Однак у більшості природних вод на Землі сьогодні дуже мало фосфатів», — сказав Ніколас Тоска, геохімік з Кембриджського університету. «Ми очікували, що те ж саме станеться на початку планети Земля». Він пояснив, що вважає, що залізо виділяє фосфати.
Доктор Тоска та його колеги в Кембриджі розглянули проблему походження життя У дослідженні, нещодавно опублікованому в Nature Communications,. Дослідники вирішили переглянути припущення, запитавши: а як щодо раніше, коли навколо було набагато менше кисню? Вони знали, що кисень перетворює залізо у форму, яка сильно накопичує фосфат. Що станеться, якщо з рівняння виключити кисень? Дослідники створили штучну морську воду у великому бардачку без кисню і виявили, що, звичайно, за цих умов розчинене залізо залишає більшу частину фосфату, імовірно, доступного для будь-яких протоклітин у сусідстві.
У статті «Тенденції в екології та еволюції» доктор Крафт так само припустив, що кембрійські моря були відносно багаті фосфатами. Насправді тварини можуть поглинати стільки, що можуть створювати товсті, міцні оболонки, як найтвердіша тканина людського тіла – фосфатна емаль наших зубів.
«Це величезна перевага мати ці снаряди», — сказав доктор Крафт. Для порівняння, черепашка сучасних молюсків, виготовлена з карбонату кальцію, легко тріскається під ногами на пляжах. Але в міру того, як моря переповнювалися і з’являлися кісткові риби, запаси фосфатів скорочувалися, і брахіоподи більше не могли вільно шукати те, що їм потрібно для будівництва свого дорогого житла. Кісткові риби мудро використовували фосфат як будівельний матеріал: їхні зуби, кілька частин скелета — і все. Оскільки вони в русі, риби можуть захоплювати будь-які фосфати та інші поживні речовини, які потрапляють із суші в море, перш ніж вони досягнуть твердих раковин, що злипаються внизу.
У фосфатах переважали хребетні, і тепер ніщо не могло їх зупинити.
“Професійний вирішувач проблем. Тонко чарівний любитель бекону. Геймер. Завзятий алкогольний ботанік. Музичний трейлер”
