Smutny los starożytnych nawigatorów z dobrą balistyką

W okresie kambryjskim, 500 milionów lat temu, morza były zdominowane przez grupę pancerną. Miękkie zwierzęta wydzielają ciała z metalicznej pasty, które twardnieją w ochronne skorupy o ogromnej wytrzymałości i pięknie dekoracyjnej, niektóre w kształcie baranich głów lub orlich skrzydeł, inne jak kieliszki do szampana wysadzane ostrymi jak sztylety kolcami.

Ale w okresie dewonu, około 70 milionów lat później, większość długonogich teropodów, narkoników, marynarzy o dobrych skorupach, ofiar rabunków i ich kosztownych sposobów wyginęła.

jako badacze Ostatnio sugerowane W czasopiśmie Trends in Ecology and Evolution upadek imperium ramienionogów jest przykładem konfliktu, który od początku definiował życie: poszukiwania fosforu. Naukowcy od dawna wiedzą, że fosfor jest niezbędny na kilku frontach i tutaj wiąże cząsteczkę DNA, napędzając każdy ruch komórki. Nowy raport podkreśla inny sposób, w jaki fosforan – chemicznie użyteczna forma fosforu – ukształtował bieg ewolucji jako arbitra twardych części przyrody, jej muszli, zębów i kości.

„Fosfor został skradziony przez kręgowce i ryby kostne” – powiedział Peter Kraft, paleontolog z Uniwersytetu Karola w Czechach i autor nowego raportu. „Gdy to się stało, szybko zdywersyfikowali się i przejęli”. Dr Współpraca Kraft z Michelem Mergelem z Uniwersytetu Zachodnioczeskiego.

Badania są częścią Renaissance of Phosphate Studies, projektu obejmującego różne dyscypliny i ramy czasowe. Chemicy badają, w jaki sposób fosforany przyprawiły bulion prebiotyczny, który dał początek życiu, podczas gdy naukowcy zajmujący się materiałami bawią się tym pierwiastkiem w zaskakujące nowe kolory i kształty.

„Jeśli podgrzejesz fosfor w różnych warunkach, w różnych temperaturach, pod różnym ciśnieniem i zaczną się dziać dziwne rzeczy” – mówi Andrea Sella, profesor chemii nieorganicznej na University College London. „Dostajesz kształty czerwonych włókien, czarne metaliczne kształty i fioletowe kształty”. Możesz także układać warstwy atomów fosforu, a następnie rozdzielać je na bardzo cienkie, elastyczne arkusze zwane fosforenem, wszystko w celu kontrolowania przepływu elektronów i cząstek światła, na których opiera się ta technologia. „Tylko zarysowaliśmy powierzchnię tego, co ten pierwiastek może zrobić” – powiedział dr Silla.

Fosfor został odkryty pod koniec XVII wieku przez chemika z Hamburga, Henninga Branda, który przypadkowo wyizolował go podczas poszukiwania „kamienia filozoficznego”, który zamieniłby zwykłe metale w złoto. Eksperymentując z mnóstwem złotego płynu, który zna najlepiej – ludzkim moczem – rozpylił markę dziwną substancją, która nie miała żadnego dotyku Midasa, ale świeciła w ciemności, co doprowadziło Branda do nazwania go fosforem, co po grecku oznacza „przynoszące światło”.

Ta czysta forma pierwiastka, zwana białym fosforem, okazała się toksyczna i łatwopalna, dlatego została użyta podczas wojny do produkcji pocisków znacznikowych, zasłon dymnych i alianckich bomb zapalających, które zniszczyły rodzinne miasto Branda podczas II wojny światowej.

WP zdobył również ponurą sławę Dickensa w XIX wieku, kiedy został dodany do końcówek meczów, aby stworzyć mecze „uderz wszędzie”. Dziewczęta i kobiety pracujące w słabo wentylowanych fabrykach produkujących ten bardzo popularny produkt były czasami narażone na działanie tak dużej ilości oparów fosforu, że rozwijały się w nich „szczupłe szczęki”, w strasznym stanie, w którym ich dziąsła cofały się, wypadały zęby, a kości szczęki poluzowywały się. . Według historyczki Louise Rowe walka swatów o bezpieczniejsze warunki pracy pomogła pobudzić nowoczesny ruch związkowy.

Czysty fosfor nie istnieje w naturze, ale jest związany z tlenem, tak jak fosforany, a ten molekularny związek zawodowy, wiązanie fosfor-tlen, „ma fundamentalne znaczenie dla tego, dlaczego biologia działa”, Matthew Bowner, chemik organiczny z University College London, powiedział. Organizm przechowuje i spala energię, tworząc i rozrywając wiązania fosforanowe znajdujące się w małej maszynerii monetarnej komórki, cząsteczkach trifosforanu adenozyny, znanego jako ATP. Proces recyklingu fosforanów jest nieubłagany, powiedział dr Bowner, „w zasadzie każdego dnia przekształca masę ciała w ATP”.

Fosforan łączy się z cukrem, tworząc szkielet DNA, w którym zawiera znaczący układ liter informacji genetycznej, które w przeciwnym razie zamieniłyby się w zupę alfabetu. Fosforany łączą się z cząsteczkami lipidów, aby otoczyć każdą komórkę czujną błoną, która zawsze określa, co wchodzi i czego należy unikać. Białka wysyłają do siebie wiadomości poprzez wymianę pakietów fosforanowych.

Za niesamowitą zaletą fosforanów, ładunek ujemny zapobiega niepożądanemu wyciekowi. „Możesz włączać i wypuszczać moc tylko wtedy, gdy chcesz” – powiedział dr Bowner. „Nie przeniknie do środowiska”. W przeciwieństwie do tego, powiedział, równoważna cząsteczka oparta na węglu, zwana węglanem, łatwo rozpuszcza się w wodzie: „Jeśli połączysz DNA z węglem zamiast z fosforanami, wszystko się rozpadnie”. Dr Bowner żartował, że powinniśmy rozważyć życie oparte na fosforanach, a nie na węglu.

Jednak w przeciwieństwie do innych głównych składników życia – węgla, azotu, tlenu i wodoru – cząsteczki fosforanowe nie mają fazy gazowej. „Jest za duży, by latać” – powiedział dr Silla. Fosforany wskakują do gry życia poprzez erozję skał, rozkład organizmów czy wydaliny takie jak mocz czy guano. Zrozumienie wpływu strumieni fosforanów w czasie jest ważnym przedsięwzięciem badawczym.

Jedną z utrzymujących się zagadek jest to, jak wczesne życie zaczęło się od fosforanów. Biorąc pod uwagę, jak ważny jest fosforan w każdym aspekcie biologii, prymitywne środowisko wodne, w którym powstały pierwsze komórki, musiało być bogate w fosforany. „Jednak większość naturalnych wód na Ziemi jest dziś bardzo uboga pod względem fosforanów” – powiedział Nicholas Tosca, geochemik z University of Cambridge. „Spodziewaliśmy się, że to samo stanie się na początku planety Ziemia”. Wyjaśnił, że wierzy, iż żelazo działa na rzecz izolacji fosforanów.

Dr Tosca i koledzy z Cambridge zajęli się problemem pochodzenia życia W badaniu opublikowanym niedawno w Nature Communications,. Naukowcy postanowili ponownie rozważyć założenie, pytając: A co z wcześniej, kiedy wokół było znacznie mniej tlenu? Wiedzieli, że tlen przekształca żelazo w formę, która silnie gromadzi fosforany. Co by się stało, gdyby tlen został usunięty z równania? Naukowcy stworzyli sztuczną wodę morską w dużym, beztlenowym schowku na rękawiczki i odkryli, że z pewnością w tych warunkach rozpuszczone żelazo pozostawiło większość fosforanów w spokoju, prawdopodobnie dostępnych dla wszystkich protokomórek w sąsiedztwie.

W artykule Trends in Ecology and Evolution dr Kraft podobnie zasugerował, że morza kambryjskie są stosunkowo bogate w fosforany. Zwierzęta potrafią wchłonąć tak dużo, że potrafią stworzyć grubą, wytrzymałą skorupę, jak najtwardsza tkanka w ludzkim ciele – fosforanowa szkliwo naszych zębów.

„Posiadanie tych muszli to ogromna zaleta” – powiedział dr Kraft. Dla porównania, skorupa współczesnych mięczaków, wykonana z węglanu wapnia, łatwo pęka pod stopami plaż. Ale gdy morza się zagęściły i pojawiły się kościste ryby, zapasy fosforanów zmalały, a ramienionogi nie mogły już swobodnie szukać tego, czego potrzebowały do ​​budowy drogich domów. Ryby kostne mądrze wykorzystywały fosforany jako budulec: zęby, kilka części szkieletu i to wszystko. Ponieważ są w ruchu, ryby mogą wyłapywać wszelkie fosforany i inne składniki odżywcze, które są filtrowane z lądu do morza, zanim dotrą do twardych, zbitych muszli poniżej.

Fosforany były zdominowane przez kręgowce i nic nie mogło ich teraz powstrzymać.