Sebastian Haas memegang sepotong kerak garam dari Danau Last Chance dengan ganggang hijau di tengah dan sedimen hitam di dasar. Kredit: David Catling/Universitas Washington
Charles Darwin mengusulkan kemungkinan kehidupan berasal dari “kolam kecil yang hangat” dengan campuran bahan kimia dan energi yang tepat. Penelitian baru ini dilakukan oleh University of Washington dan dipublikasikan di Komunikasi Bumi & Lingkungan menyoroti “danau soda” dangkal di Kanada bagian barat yang berpotensi cocok dengan kondisi ini. Temuan ini memberikan dukungan baru bahwa kehidupan mungkin muncul dari danau pada masa awal terbentuknya bumi, sekitar 4 miliar tahun yang lalu.
Para ilmuwan telah mengetahui bahwa dalam kondisi yang tepat, molekul kehidupan yang kompleks dapat muncul secara spontan. Seperti yang baru-baru ini difiksikan dalam film blockbuster “Lessons in Chemistry,” molekul biologis dapat dibujuk untuk terbentuk dari molekul anorganik. Faktanya, jauh setelah tahun 1950-an, penemuan-penemuan di kehidupan nyata terjadi Asam aminobahan penyusun protein, penelitian terbaru telah membuat bahan penyusunnya RNA. Namun, langkah selanjutnya ini memerlukan konsentrasi fosfat yang sangat tinggi.
Fosfat membentuk “tulang punggung” RNA dan DNA dan juga merupakan komponen kunci dari membran sel. Konsentrasi fosfat yang dibutuhkan untuk membentuk biomolekul ini di laboratorium ratusan hingga 1 juta kali lebih tinggi dibandingkan konsentrasi yang biasanya ditemukan di sungai, danau, atau lautan. Hal ini dikenal sebagai “masalah fosfat” bagi munculnya kehidupan – sebuah masalah yang mungkin dapat dipecahkan oleh danau soda.
Danau Soda sebagai Solusinya
“Saya pikir danau soda ini memberikan jawaban terhadap masalah fosfat,” kata penulis senior David Catling, seorang profesor ilmu bumi dan luar angkasa di UW. “Jawaban kami penuh harapan: Lingkungan ini seharusnya terjadi pada masa-masa awal Bumi, dan mungkin di planet lain, karena ini hanyalah akibat alami dari pembentukan permukaan planet dan cara kerja kimia air.”
Danau soda mendapatkan namanya karena memiliki kadar natrium dan karbonat terlarut yang tinggi, mirip dengan soda kue terlarut. Hal ini terjadi akibat reaksi antara air dan batuan vulkanik di bawahnya. Danau soda juga memiliki kadar fosfat terlarut yang tinggi.
Anggota tim peneliti berjalan melintasi permukaan Danau Last Chance pada September 2022. Di akhir musim panas, hampir seluruh air menguap, meninggalkan kerak asin di permukaan. Namun air tetap berada di bawah dalam bentuk kantong dan cekungan, dan sedimen lunak berada di bawahnya, menciptakan struktur crème brûlée yang agak berbahaya untuk dilalui. Kredit: Zack Cohen/Universitas Washington
Penelitian UW sebelumnya pada tahun 2019 menemukan bahwa kondisi kimiawi munculnya kehidupan secara teori dapat terjadi di danau soda. Para peneliti menggabungkan model kimia dengan eksperimen laboratorium untuk menunjukkan bahwa proses alami secara teoritis dapat mengkonsentrasikan fosfat di danau-danau ini hingga tingkat hingga 1 juta kali lebih tinggi dibandingkan di perairan normal.
Danau Kesempatan Terakhir: Laboratorium Alami
Untuk studi baru ini, tim mulai mempelajari lingkungan seperti itu di Bumi. Secara kebetulan, kandidat yang paling menjanjikan berada dalam jarak berkendara. Tersimpan pada akhir tesis master tahun 1990-an adalah tingkat fosfat alami tertinggi yang dikenal dalam literatur ilmiah di Last Chance Lake di pedalaman British Columbia, Kanada, sekitar tujuh jam perjalanan dari Seattle.
Danau ini memiliki kedalaman sekitar 1 kaki dan memiliki air keruh dengan ketinggian yang berfluktuasi. Itu terletak di tanah federal di ujung jalan tanah berdebu di Dataran Tinggi Cariboo, di negara peternakan British Columbia. Danau yang dangkal memenuhi persyaratan untuk danau soda: danau di atas batuan vulkanik (dalam hal ini, basal) dikombinasikan dengan atmosfer kering dan berangin yang menguapkan air yang masuk untuk menjaga tingkat air tetap rendah dan memusatkan senyawa terlarut di dalam danau.
Implikasinya terhadap Kehidupan di Planet Lain
Analisis yang diterbitkan dalam makalah baru menunjukkan bahwa danau soda merupakan kandidat kuat munculnya kehidupan di Bumi. Mereka juga bisa menjadi kandidat kehidupan di planet lain.
Pemandangan panorama ini menunjukkan Danau Last Chance di Kanada bagian barat pada bulan November 2021, saat danau tersebut menyusut menjadi banyak kolam yang lebih kecil dan es terbentuk di setiap kolam. Dua peneliti Universitas Washington berdiri di permukaan danau yang sedingin es. Kredit: Kimberly Poppy Sinclair/Universitas Washington
“Kami mempelajari lingkungan alam yang umum di seluruh tata surya. Batuan vulkanik berlimpah di permukaan planet ini, sehingga kimia air yang sama bisa saja terjadi tidak hanya pada masa-masa awal Bumi, tetapi juga pada masa-masa awal Bumi. Mars dan awal Venusjika ada air cair,” kata penulis utama Sebastian Haas, peneliti pascadoktoral UW di bidang ilmu bumi dan luar angkasa.
Penelitian dan Temuan Lapangan
Tim UW mengunjungi Last Chance Lake sebanyak tiga kali pada tahun 2021 hingga 2022. Mereka mengumpulkan observasi pada awal musim dingin, saat danau tertutup es; di awal musim panas, ketika mata air tadah hujan dan aliran sungai yang mencairkan salju menjaga suhu air tetap tinggi; dan di akhir musim panas ketika danau hampir mengering seluruhnya.
“Ada dataran garam yang tampak kering, namun terdapat celah dan celah. Dan di antara garam dan sedimen terdapat kantong-kantong kecil air yang mengandung fosfat terlarut dalam jumlah sangat tinggi,” kata Haas. “Yang ingin kami pahami adalah mengapa dan kapan hal ini bisa terjadi di masa awal Bumi, untuk menyediakan tempat lahirnya kehidupan.”
Pada ketiga kunjungan tersebut, tim mengumpulkan sampel air, sedimen danau, dan kerak garam untuk memahami kimia danau.
Di sebagian besar danau, fosfat terlarut dengan cepat bergabung dengan kalsium untuk membentuk kalsium fosfat, bahan tidak larut yang membentuk email gigi kita. Ini menghilangkan fosfat dari air. Namun di Last Chance Lake, kalsium bergabung dengan karbonat dan magnesium yang melimpah membentuk dolomit, mineral yang sama yang membentuk pegunungan yang indah. Reaksi ini telah diprediksi oleh pekerjaan pemodelan sebelumnya dan dikonfirmasi ketika dolomit melimpah di sedimen Danau Last Chance. Ketika kalsium berubah menjadi dolomit dan tidak tertinggal di air, fosfat tidak memiliki mitra pengikat sehingga konsentrasinya meningkat.
Kesimpulan dan Arah Penelitian Masa Depan
“Studi ini menambah bukti yang berkembang bahwa danau soda evaporatif adalah lingkungan yang memenuhi persyaratan kimiawi yang menjadi asal mula kehidupan dengan mengumpulkan bahan-bahan utama pada konsentrasi tinggi,” kata Catling.
Studi tersebut juga membandingkan Last Chance Lake dengan Goodenough Lake, sebuah danau sedalam kira-kira 3 kaki dengan air yang lebih jernih dan kandungan kimia berbeda yang hanya berjarak dua menit berjalan kaki, untuk mengetahui apa yang membuat Last Chance Lake unik. Para peneliti bertanya-tanya mengapa kehidupan, yang ada di semua danau modern sampai tingkat tertentu, tidak menggunakan fosfat di Danau Last Chance.
Danau Goodenough memiliki lapisan cyanobacteria yang mengekstraksi atau “memperbaiki” gas nitrogen dari udara. Cyanobacteria, seperti semua makhluk hidup, juga membutuhkan fosfat – dan populasi mereka yang terus bertambah menghabiskan sebagian pasokan fosfat air danau. Namun Danau Last Chance sangat asin sehingga menghambat makhluk hidup yang melakukan pekerjaan intensif energi untuk memperbaiki nitrogen di atmosfer. Danau Last Chance menampung beberapa alga tetapi ketersediaan nitrogennya tidak cukup untuk menampung lebih banyak kehidupan, sehingga memungkinkan fosfat terakumulasi. Hal ini juga menjadikannya analogi yang lebih baik untuk Bumi yang tak bernyawa.
“Temuan baru ini akan membantu memberi informasi kepada para peneliti asal usul kehidupan yang mereplikasi reaksi ini di laboratorium atau mencari lingkungan yang berpotensi layak huni di planet lain,” kata Catling.
Referensi: “Penjelasan biogeokimia tentang danau paling kaya fosfat di dunia, analogi asal usul kehidupan” oleh Sebastian Haas, Kimberly Poppy Sinclair dan David C. Catling, 9 Januari 2024, Komunikasi Bumi & Lingkungan.
DOI: 10.1038/s43247-023-01192-8
Penelitian ini didanai oleh Simons Foundation. Rekan penulis lainnya adalah Kimberly Poppy Sinclair, seorang mahasiswa pascasarjana UW di bidang ilmu bumi dan luar angkasa. Mahasiswa pascasarjana Program Astrobiologi UW juga membantu pengumpulan sampel.
NewsRoom.id
