Il triste destino degli antichi navigatori con una buona balistica

Nel periodo Cambriano, 500 milioni di anni fa, i mari erano dominati dal gruppo corazzato. Morbidi animali secernono corpi di pasta metallica che si induriscono in gusci protettivi di immensa forza e bellezza decorativa, alcuni a forma di teste di ariete o ali d’aquila, altri come flute di champagne tempestate di spine affilate come pugnali.

Ma nel periodo Devoniano, circa 70 milioni di anni dopo, la maggior parte dei teropodi dalle gambe lunghe, dei briopodi, dei marinai ben corazzati, vittime di rapine e dei loro modi costosi erano estinti.

come ricercatori Consigliato di recente Nella rivista Trends in Ecology and Evolution, il crollo dell’impero dei Brachiopodi esemplifica il conflitto che ha caratterizzato la vita fin dall’inizio: la ricerca del fosforo. Gli scienziati sanno da tempo che l’elemento fosforo è essenziale su più fronti, e qui lega insieme la molecola del DNA, alimentando ogni movimento della cellula. Il nuovo rapporto sottolinea un altro modo in cui il fosfato – la forma chimicamente utile del fosforo – ha plasmato il corso dell’evoluzione come arbitro delle parti dure della natura, dei suoi gusci, dei denti e delle ossa.

“Il fosforo è stato rubato da vertebrati e pesci ossei”, ha affermato Peter Kraft, paleontologo della Charles University nella Repubblica Ceca e autore del nuovo rapporto. “Una volta che è successo, si sono rapidamente diversificati e hanno preso il sopravvento”. Dott. Collaborazione Kraft con Michel Mergel dell’Università della Boemia occidentale.

La ricerca fa parte del Renaissance of Phosphate Studies, un progetto che abbraccia discipline e tempistiche diverse. I chimici stanno esplorando il modo in cui i fosfati hanno condito il brodo prebiotico che ha dato origine alla vita in primo luogo, mentre gli scienziati dei materiali giocano con l’elemento in nuovi sorprendenti colori e forme.

“Se riscaldi il fosforo in condizioni diverse, iniziano a succedere temperature, pressioni diverse e cose strane”, ha affermato Andrea Sella, professore di chimica inorganica all’University College di Londra. “Ottieni forme in fibra rossa, forme metalliche nere e forme viola”. Puoi anche impilare strati di atomi di fosforo e poi separarli in fogli molto sottili e flessibili chiamati fosforene, il tutto con l’obiettivo di controllare il flusso di elettroni e particelle di luce su cui si basa la tecnologia. “Abbiamo appena scalfito la superficie di ciò che questo elemento può fare”, ha detto il dottor Silla.

Il fosforo fu scoperto alla fine del XVII secolo da un chimico di Amburgo, Henning Brand, che lo isolò inavvertitamente mentre cercava una “pietra filosofale” che trasformasse i normali metalli in oro. Sperimentando con carichi del liquido dorato che conosce meglio – l’urina umana – ha fatto scoppiare il marchio con una strana sostanza che non aveva alcun tocco di Mida ma brillava nell’oscurità, portando Brand a chiamarlo fosforo, il nome greco per “portare luce”.

Questa forma pura dell’elemento, chiamata fosforo bianco, si è rivelata tossica e infiammabile e quindi è stata utilizzata in guerra per produrre proiettili traccianti, cortine fumogene e bombe incendiarie alleate che hanno devastato la città natale di Brand durante la seconda guerra mondiale.

WP ha anche vinto una cupa fama dickensiana nel 19 ° secolo, quando è stato aggiunto ai suggerimenti delle partite per produrre partite “colpisci ovunque”. Le ragazze e le donne che lavoravano duramente in fabbriche poco ventilate che producevano il prodotto molto popolare sono state talvolta esposte a così tanto vapore di fosforo che hanno sviluppato una “mascella sottile”, una condizione orribile in cui le loro gengive si ritiravano, i loro denti cadevano e le ossa delle loro mascelle si allentavano . Secondo la storica Louise Rowe, la lotta dei sensali per condizioni di lavoro più sicure ha contribuito a stimolare il moderno movimento sindacale.

Il fosforo puro non esiste in natura, ma è legato all’ossigeno, come i fosfati, e questo sindacato molecolare, il legame fosforo-ossigeno, “è fondamentale per il funzionamento della biologia”, Matthew Bower, chimico organico dell’University College di Londra, disse. Il corpo immagazzina e brucia energia creando e rompendo i legami fosfato che si trovano nel piccolo meccanismo monetario della cellula, le molecole di adenosina trifosfato, note come ATP. Il processo di riciclaggio del fosfato è inarrestabile, ha affermato il dottor Bower, “essenzialmente convertendo il peso corporeo in ATP ogni giorno”.

Il fosfato si combina con lo zucchero per formare la spina dorsale del DNA, dove contiene una disposizione significativa di lettere di informazioni genetiche che altrimenti collasserebbero nella zuppa dell’alfabeto. I fosfati cospirano con le molecole lipidiche per incapsulare ogni cellula con una membrana vigile che determina sempre cosa entra e cosa evitare. Le proteine ​​si scambiano messaggi scambiandosi pacchetti di fosfato.

Dietro lo straordinario vantaggio dei fosfati, una carica negativa impedisce perdite indesiderate. “Puoi solo inserire il potere e farlo uscire quando vuoi”, ha detto il dottor Bower. “Non si infiltrerà nell’ambiente”. Al contrario, ha detto, l’equivalente molecola a base di carbonio, chiamata carbonato, si dissolve facilmente in acqua: “Se accoppi il DNA con i carboni invece che con i fosfati, si disintegrerà tutto”. Il dottor Bower ha scherzato sul fatto che dovremmo considerare la vita basata sui fosfati piuttosto che sul carbonio.

Tuttavia, a differenza degli altri componenti principali della vita – carbonio, azoto, ossigeno e idrogeno – le molecole di fosfato non hanno una fase gassosa. “È troppo grande per volare”, ha detto il dottor Silla. I fosfati entrano nel gioco della vita attraverso l’erosione delle rocce, la decomposizione di organismi o escrementi come l’urina o il guano. Comprendere l’effetto dei flussi di fosfato nel tempo è un importante sforzo di ricerca.

Un enigma persistente è come la vita abbia avuto inizio con il fosfato. Data l’importanza del fosfato per ogni aspetto della biologia, l’ambiente acquoso primitivo in cui sono sorte le prime cellule deve essere stato ricco di fosfato. “Tuttavia, la maggior parte delle acque naturali sulla Terra oggi sono molto scarse in termini di fosfati”, ha affermato Nicholas Tosca, geochimico dell’Università di Cambridge. “Ci aspettavamo che la stessa cosa fosse vera all’inizio del pianeta Terra”. Ha spiegato che credeva che il ferro agisse per isolare i fosfati.

Il dottor Tosca e colleghi di Cambridge hanno affrontato il problema dell’origine della vita In uno studio recentemente pubblicato su Nature Communications,. I ricercatori hanno deciso di riconsiderare l’ipotesi, chiedendosi: che dire di prima, quando c’era molto meno ossigeno in giro? Sapevano che l’ossigeno converte il ferro in una forma che accumula fortemente il fosfato. Cosa accadrebbe se l’ossigeno venisse rimosso dall’equazione? I ricercatori hanno creato acqua di mare artificiale in un grande vano portaoggetti privo di ossigeno e hanno scoperto che, certamente, in queste condizioni, il ferro disciolto lasciava da solo la maggior parte del fosfato, presumibilmente disponibile per qualsiasi protocellula nelle vicinanze.

Nel documento Trends in Ecology and Evolution, il dottor Kraft ha suggerito in modo simile che i mari del Cambriano erano relativamente ricchi di fosfati. Gli animali possono assorbire così tanto, infatti, che possono creare gusci spessi e durevoli, come il tessuto più duro del corpo umano: lo smalto fosfato dei nostri denti.

“È un enorme vantaggio avere questi gusci”, ha detto il dottor Kraft. In confronto, il guscio dei molluschi moderni, fatto di carbonato di calcio, si screpola facilmente sotto i piedi delle spiagge. Ma quando i mari si affollarono e apparvero pesci ossei, la scorta di fosfati diminuì ei brachiopodi non potevano più cercare liberamente ciò di cui avevano bisogno per costruire le loro costose abitazioni. I pesci ossuti erano saggi nell’uso del fosfato come materiale da costruzione: i loro denti, alcune parti dello scheletro, e basta. Poiché sono in movimento, i pesci possono intrappolare tutti i fosfati e altri nutrienti che vengono filtrati dalla terra nel mare, prima che raggiungano i gusci duri e agglomerati sottostanti.

I fosfati erano dominati dai vertebrati e nulla poteva fermarli ora.