En el período Cámbrico, hace 500 millones de años, los mares estaban dominados por el grupo acorazado. Los animales blandos secretan cuerpos de pasta metálica que se endurecen en caparazones protectores de inmensa fuerza y belleza decorativa, algunos con forma de cabeza de carnero o alas de águila, otros como copas de champán tachonadas con espinas afiladas como dagas.
Pero en el período Devónico, unos 70 millones de años después, la mayoría de los terópodos de piernas largas, briópodos, marineros bien protegidos, víctimas de robos y sus costosas formas se extinguieron.
como investigadores Recientemente sugerido En la revista Trends in Ecology and Evolution, el colapso del imperio Brachiopod ejemplifica el conflicto que definió la vida desde el principio: la búsqueda de fósforo. Los científicos saben desde hace mucho tiempo que el elemento fósforo es esencial en varios frentes, y aquí une la molécula de ADN, impulsando cada movimiento de la célula. El nuevo informe subraya otra forma en que el fosfato, la forma químicamente útil del fósforo, ha dado forma al curso de la evolución como árbitro de las partes duras de la naturaleza, sus caparazones, dientes y huesos.
“El fósforo fue robado por vertebrados y peces óseos”, dijo Peter Kraft, paleontólogo de la Universidad Charles en la República Checa y autor del nuevo informe. “Una vez que eso sucedió, rápidamente se diversificaron y se hicieron cargo”. Dr. Colaboración Kraft con Michel Mergel de la Universidad de Bohemia Occidental.
La investigación es parte del Renaissance of Phosphate Studies, un proyecto que abarca disciplinas y períodos de tiempo. Los químicos están explorando cómo los fosfatos sazonaron el caldo prebiótico que dio origen a la vida en primer lugar, mientras que los científicos de materiales juegan con el elemento en colores y formas sorprendentes.
“Si calientas fósforo en diferentes condiciones, comienzan a suceder diferentes temperaturas, diferentes presiones y cosas extrañas”, dijo Andrea Sella, profesora de química inorgánica en el University College London. “Obtienes formas de fibra roja, formas metálicas negras y formas moradas”. También puede apilar capas de átomos de fósforo y luego separarlos en láminas muy delgadas y flexibles llamadas fosforeno, todo con el objetivo de controlar el flujo de electrones y partículas de luz en las que se basa la tecnología. “Solo hemos arañado la superficie de lo que este elemento puede hacer”, dijo el Dr. Silla.
El fósforo fue descubierto a fines del siglo XVII por un químico de Hamburgo, Henning Brand, quien sin darse cuenta lo aisló mientras buscaba una “piedra filosofal” que convertiría los metales ordinarios en oro. Experimentando con cargas del líquido dorado que mejor conoce, la orina humana, estalló la marca con una extraña sustancia que carecía del toque de Midas pero que brillaba en la oscuridad, lo que llevó a Brand a llamarlo fósforo, el nombre griego para “llevar la luz”.
Esta forma pura del elemento, llamada fósforo blanco, resultó ser tóxica e inflamable y, por lo tanto, se usó en la guerra para fabricar balas trazadoras, cortinas de humo y bombas incendiarias aliadas que devastaron la ciudad natal de Brand durante la Segunda Guerra Mundial.
WP también ganó una sombría fama dickensiana en el siglo XIX, cuando se agregó a las puntas de los fósforos para producir fósforos de “golpe en cualquier lugar”. Las niñas y las mujeres que trabajaban en fábricas mal ventiladas que producían este producto tan popular a veces estaban expuestas a tanto vapor de fósforo que desarrollaban una “mandíbula delgada”, una condición horrible en la que se les retraían las encías, se les caían los dientes y se aflojaban los huesos de la mandíbula. . Según la historiadora Louise Rowe, la lucha de los casamenteros por condiciones de trabajo más seguras ayudó a estimular el movimiento sindical moderno.
El fósforo puro no existe en la naturaleza, pero está unido al oxígeno, como los fosfatos, y esta unión molecular, el enlace fósforo-oxígeno, “es fundamental para que la biología funcione”, dijo Matthew Bower, químico orgánico del University College London. dijo. El cuerpo almacena y quema energía al crear y romper los enlaces de fosfato que se encuentran en la pequeña maquinaria monetaria de la célula, las moléculas de trifosfato de adenosina, conocidas como ATP. El proceso de reciclaje de fosfato es implacable, dijo el Dr. Bower, “esencialmente convierte su peso corporal en ATP cada día”.
El fosfato se combina con el azúcar para formar la columna vertebral del ADN, donde contiene una disposición significativa de letras de información genética que, de lo contrario, colapsaría en la sopa de letras. Los fosfatos conspiran con las moléculas de lípidos para encapsular cada célula con una membrana vigilante que siempre determina qué entra y qué evitar. Las proteínas se envían mensajes entre sí intercambiando paquetes de fosfato.
Detrás del sorprendente beneficio de los fosfatos, una carga negativa evita fugas no deseadas. “Solo puede conectar la energía y dejarla salir cuando lo desee”, dijo el Dr. Bower. “No se filtrará en el medio ambiente”. Por el contrario, dijo, la molécula equivalente basada en carbono, llamada carbonato, se disuelve fácilmente en agua: “Si emparejas el ADN con carbonos en lugar de fosfatos, todo se desintegrará”. El Dr. Bower bromeó diciendo que deberíamos considerar la vida basada en fosfatos en lugar de carbono.
Sin embargo, a diferencia de los otros componentes principales de la vida (carbono, nitrógeno, oxígeno e hidrógeno), las moléculas de fosfato no tienen una fase gaseosa. “Es demasiado grande para volar”, dijo el Dr. Silla. Los fosfatos saltan al juego de la vida a través de la erosión de las rocas, la descomposición de organismos o excrementos como la orina o el guano. Comprender el efecto de los flujos de fosfato a lo largo del tiempo es un importante esfuerzo de investigación.
Un enigma persistente es cómo la vida temprana comenzó con fosfato. Dada la importancia del fosfato en todos los aspectos de la biología, el entorno acuoso primitivo en el que surgieron las primeras células debe haber sido rico en fosfato. “Sin embargo, la mayoría de las aguas naturales de la Tierra hoy en día son muy escasas en términos de fosfatos”, dijo Nicholas Tosca, geoquímico de la Universidad de Cambridge. “Esperábamos que lo mismo sucediera desde el principio en el planeta Tierra”. Explicó que creía que el hierro funciona para aislar fosfatos.
El Dr. Tosca y sus colegas de Cambridge abordaron el problema del origen de la vida. En un estudio publicado recientemente en Nature Communications,. Los investigadores decidieron reconsiderar la suposición y preguntaron: ¿Qué pasó antes, cuando había mucho menos oxígeno alrededor? Sabían que el oxígeno convierte el hierro en una forma que apila fuertemente el fosfato. ¿Qué pasaría si se eliminara el oxígeno de la ecuación? Los investigadores crearon agua de mar artificial en una gran guantera libre de oxígeno y descubrieron que, ciertamente, bajo estas condiciones, el hierro disuelto dejaba la mayor parte del fosfato solo, presumiblemente disponible para cualquier protocélula en el vecindario.
En el artículo Trends in Ecology and Evolution, el Dr. Kraft sugirió de manera similar que los mares del Cámbrico eran relativamente ricos en fosfato. Los animales pueden absorber tanto, de hecho, que pueden hacer caparazones gruesos y duraderos, como el tejido más duro del cuerpo humano: el esmalte de fosfato de nuestros dientes.
“Es una gran ventaja tener estos proyectiles”, dijo el Dr. Kraft. En comparación, el caparazón de los moluscos modernos, hecho de carbonato de calcio, se agrieta fácilmente bajo los pies de las playas. Pero a medida que los mares se llenaron y aparecieron peces óseos, el suministro de fosfatos disminuyó y los braquiópodos ya no pudieron buscar libremente lo que necesitaban para construir su costosa vivienda. Los peces óseos fueron sabios en el uso del fosfato como material de construcción: sus dientes, algunas partes del esqueleto, y eso fue todo. Debido a que están en movimiento, los peces pueden atrapar cualquier fosfato y otros nutrientes que se filtren de la tierra hacia el mar, antes de que lleguen a las conchas duras y aglomeradas que se encuentran debajo.
Los fosfatos estaban dominados por vertebrados, y ahora nada podía detenerlos.
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