Lago de la Última Oportunidad

Last Chance Lake es un lago alcalino en la Columbia Británica , Canadá , con la mayor concentración natural de fosfato inorgánico disuelto del mundo. ^{[ 1 ]} Es un lago de cuenca cerrada, lo que le permite mantener una alta salinidad y alcalinidad de carbonatos. ^{[ 2 ] [ 1 ]} En la estación húmeda, tiene ~25  cm en su punto más profundo, ^{[ 1 ]} mientras que en la estación seca, se forman pozas de salmuera separadas por sales evaporíticas . ^{[ 3 ] [ 1 ]} El lago ha atraído la atención de los científicos que estudian el origen de la vida , ya que sirve como un análogo moderno de los lagos en la Tierra primitiva y ofrece una posible solución al " problema del fosfato del origen de la vida ": ^{[ 4 ] [ 5 ]} las concentraciones de fosfato inorgánico disuelto son bajas en la mayoría de los entornos naturales, sin embargo, se necesitan altas concentraciones para la química prebiótica que condujo al origen de la vida. ^{[ 6 ] [ 2 ] [ 1 ]}

El lago Last Chance está aproximadamente a 120  km (75  mi) al noroeste de Kamloops , a una altitud de 1083  m (3553  pies) sobre el nivel del mar. ^{[ 3 ]} Cubre un área de aproximadamente 130 000 m ² (1 400 000  ft ² ) ^{[ 3 ]} y tiene una profundidad máxima de ~25  cm (~10 in) a finales de la primavera. ^{[ 1 ]} Debido a que es un lago de cuenca cerrada que se alimenta completamente de agua subterránea y precipitación, es altamente salino y alcalino, con una salinidad que oscila entre ~100 - 450 g/L (~3 - 13 veces más salino que el océano) y un pH alrededor de 10. ^{[ 1 ]} A finales del verano, la evaporación lleva a la formación de numerosas pozas de salmuera en el lago y cubiertas de costras de sal. ^{[ 3 ] [ 1 ]} El lago desarrolla una fina capa de hielo en invierno. ^{[ 3 ] [ 1 ]}

Aproximadamente a 100  m (330  pies) al noroeste del lago Last Chance se encuentra el lago Goodenough, que cubre un área similar pero es un lago perenne más profundo y posee características químicas y biológicas drásticamente diferentes (véase Química y Biología). ^{[ 1 ]}

El lago se asienta sobre 1–5 m de till glacial , debajo del cual se encuentran los basaltos de la meseta de Cariboo . ^{[ 3 ] [ 1 ]}

El lago Last Chance tiene las concentraciones naturales más altas del mundo de fosfato inorgánico disuelto de ~37 milimolar . ^{[ 1 ] [ 5 ]} Otros iones, incluidos sodio , carbono inorgánico disuelto , cloruro , magnesio , sulfato y potasio , son abundantes. ^{[ 1 ]} Sin embargo, las concentraciones de calcio , hierro y nitrógeno inorgánico disuelto son notablemente bajas. ^{[ 1 ]} Los evaporitas están compuestos principalmente de natrón (Na ₂ CO ₃ •10H ₂ O) pero también incluyen otros minerales que contienen sodio como trona , burkeíta, nahcolita , thenardita y halita . ^{[ 3 ] [ 1 ]} El cercano lago Goodenough tiene niveles de fosfato significativamente más bajos, ~0,1 milimolar a finales del verano. ^{[ 7 ]}

En la estación húmeda, crecen finas esteras fotosintéticas verdes en los bordes del lago, pero los microbios fijadores de nitrógeno no son abundantes, probablemente debido a la alta salinidad. ^{[ 1 ] [ 7 ]} La baja tasa de fijación de nitrógeno hace que la productividad biológica del lago esté limitada por el nitrógeno. ^{[ 1 ]} Por el contrario, el lago Goodenough tiene esteras microbianas más gruesas (~10  cm, ~4 pulgadas) que permanecen todo el año en el fondo del lago. ^{[ 1 ]}

El " problema del fosfato en el origen de la vida " se refiere a la paradoja en la que altas concentraciones de fosfato disuelto parecen ser necesarias para la síntesis prebiótica de moléculas durante el origen de la vida, pero casi todos los entornos naturales modernos tienen bajos niveles de fosfato. ^{[ 6 ] [ 2 ] [ 1 ] [ 4 ]}

Se cree que el origen de la vida ocurrió en un ambiente rico en fosfato por dos razones principales. Primero, el fosfato está presente en una amplia gama de moléculas utilizadas por toda la biología moderna, especialmente ADN y ARN , fosfolípidos y ATP . ^{[ 6 ] [ 2 ]} La ubicuidad del fosfato como componente estequiométrico de las biomoléculas ha llevado a los científicos a favorecer un ambiente rico en fosfato para los comienzos de la vida. ^{[ 6 ] [ 2 ]} Segundo, los altos niveles de fosfato son favorecidos por razones prácticas: sirve como catalizador y amortiguador de pH en muchas reacciones de síntesis prebiótica. ^{[ 8 ] [ 2 ]} Los experimentos de laboratorio que han sintetizado con éxito biomoléculas en condiciones ambientales prebióticas también han demostrado los beneficios de las altas concentraciones de fosfato. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]} Además, en otros experimentos de laboratorio, el agua del lago contiene suficientes cationes divalentes para la síntesis de ARN no enzimática y las reacciones catalizadas por ribozimas, pero no un nivel de cationes divalentes que interrumpa la encapsulación por membranas de ácidos grasos. ^{[ 12 ]}

En los entornos naturales de la Tierra moderna, las concentraciones de fosfato inorgánico disuelto suelen ser muy bajas. ^{[ 2 ]} Las principales fuentes de fosfato inorgánico son las rocas que incluyen minerales que contienen fosfato, como la apatita . ^{[ 2 ]} Sin embargo, los minerales de apatita son relativamente insolubles en agua, y cualquier fosfato disuelto puede reprecipitarse fácilmente como apatita al unirse a iones de calcio. ^{[ 2 ] [ 1 ] [ 4 ]} Incluso en entornos ácidos, donde los minerales de apatita se disuelven más fácilmente, el fosfato se une al hierro y al aluminio . ^{[ 2 ]}

El lago Last Chance demuestra cómo puede darse una solución al problema del fosfato prebiótico. Los niveles anómalamente altos de fosfato del lago se han atribuido a una combinación de dos factores: altas concentraciones de carbonato y un sumidero biológico de fosfato limitado. ^{[ 2 ] [ 1 ] [ 7 ] [ 13 ]} Las altas cantidades de carbonato aumentan las concentraciones de fosfato indirectamente porque los iones de carbonato se unen a los iones de calcio para formar gaylusita o calcita , agotando efectivamente la concentración de calcio en solución, lo que a su vez reduce la precipitación de fosfato como minerales de apatita. ^{[ 2 ]} Sin embargo, los altos niveles de carbonato no siempre son suficientes para aumentar los niveles de fosfato acuoso porque a menudo hay un sumidero biológico de fosfato; muchos lagos ricos en carbonato también exhiben una alta productividad primaria debido a los altos niveles generales de nutrientes, ^{[ 14 ]} y el fosfato puede ser eliminado fácilmente por procesos biológicos. ^{[ 2 ] [ 1 ] [ 7 ]} A diferencia de muchos otros lagos ricos en carbonato, el lago Last Chance tiene una baja demanda biológica de fosfato, lo que permite que el fosfato se acumule en altas concentraciones. ^{[ 1 ] [ 7 ]}

Si bien los lagos como Last Chance Lake, con altos niveles de carbonato y baja fijación biológica de nitrógeno, son raros en la Tierra moderna, se cree que eran mucho más comunes en la Tierra primitiva, especialmente antes del origen de la vida debido a la falta de un sumidero biológico de fosfato. ^{[ 15 ] [ 16 ] [ 2 ] [ 5 ]} La Tierra primitiva tenía una atmósfera rica en dióxido de carbono , lo que habría llevado a una mayor meteorización continental . ^{[ 17 ]} Las altas tasas de meteorización a su vez crearían lagos ricos en fosfato y carbonato (así como ricos en nutrientes en general), lo que, combinado con la falta de un sumidero biológico de fosfato, permitiría que las concentraciones de fosfato se acumularan. ^{[ 15 ] [ 16 ] [ 2 ]} Además, el lecho rocoso debajo de Last Chance Lake es basalto, y se cree que la tierra más antigua estaba compuesta de roca volcánica similar . ^{[ 18 ]} Por lo tanto, Last Chance Lake se considera un análogo moderno de los lagos en la Tierra primitiva, lo que pudo haber llevado al origen de la vida. ^{[ 1 ] [ 5 ]} Además, Last Chance Lake puede ayudar a los científicos a abordar preguntas sobre el posible origen y presencia de vida en otros planetas, como Marte , ^{[ 19 ]} cuya superficie está compuesta principalmente de basalto ^{[ 20 ]} y tiene evidencia de lagos antiguos. ^{[ 21 ]}

51°19′40″N 121°38′00″W / 51.32778°N 121.63333°W / 51.32778; -121.63333