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May 14, 2023

Il ciclo del fosforo: causa o effetto?

“Life would be impossible without phosphorus,” begins an editorial in Nature.

"La vita sarebbe impossibile senza il fosforo", inizia un editoriale su Nature.

Presente nelle molecole dal DNA ai lipidi di membrana fino ai composti che trasportano l'energia nelle cellule, agisce come un nutriente essenziale insieme all'azoto.Il fosforo si muove attraverso l'ambiente in vigorosi cicli biogeochimici , riflettendo la sua reattività chimica e l'intensa competizione da parte di organismi affamati. [Enfasi aggiunta.]

Come è iniziato questo ciclo biogeochimico? Gli scienziati dell'Università di Cambridge sono perplessi su "come la vita e la geologia abbiano lavorato insieme per forgiare la crosta ricca di nutrienti della Terra". Nella loro analisi, vedono che l’elemento fosforo sembra essere aumentato nella crosta nello stesso periodo dell’esplosione del Cambriano. L'uno era la causa o l'effetto dell'altro? Non sembrava una coincidenza.

Circa 500 milioni di anni fa la vita negli oceani si diversificò rapidamente.In un batter d'occhio– almeno in termini geologici –la vita trasformatada creature semplici e dal corpo molle a complessi organismi multicellulari con conchiglie e scheletri.

Ora, una ricerca condotta dall’Università di Cambridge lo ha dimostratola diversificazione della vita in questo periodo portò anche a un drastico cambiamento nella chimica della crosta terrestre— lo strato più superficiale su cui camminiamo e, soprattutto, lo strato che fornisce molti dei nutrienti essenziali per la vita.

Ribadiscono, come abbiamo discusso in precedenza, che il fosforo (P) è un fattore limitante sulla produttività biologica. A differenza degli altri elementi vitali più abbondanti (C, H, O, N, S), il P deve essere estratto dalle rocce mediante alterazione chimica, non nella sua forma pura, che è esplosiva, ma come PO43- (fosfato). I microbi e le piante possono utilizzare il fosfato inorganico (Pi). Quindi altri organismi possono utilizzare le molecole contenenti fosfato da loro prodotte (fosfato organico o Po).

Craig Walton di Cambridge sottolinea che una volta che la vita diventasse abbondante negli oceani, potrebbe iniziare un programma di riciclaggio del fosforo.

Quando questi organismi muoiono, la maggior parte del fosforo viene restituita agli oceani. Questoun processo di riciclaggio efficiente è un controllo chiavesulla quantità di fosforo totale presente nell'oceano, che a sua volta sostiene la vita, "Itci permette di avere tutta la vita che vediamointorno a noi oggi, così comprensivoquando è iniziato questo processoè davvero fondamentale", ha detto Walton.

La teoria dell'ossigeno per l'esplosione del Cambriano gioca nel suo modello, anche se non dice esplicitamente di ritenere che l'ossigeno abbia causato l'improvviso aumento della vita animale. Sottolinea solo l'interessante correlazione.

Ma tutto questo potere di ritrattamento biologicofa affidamento sull'ossigeno . Questo è ciò che alimenta i batteri responsabili della decomposizione del materiale organico morto che restituisce il fosforo negli oceani.

Lo pensano i ricercatoriun aumento dell’ossigeno intorno al periodo dell’esplosione del Cambriano potrebbe spiegare perché il fosforo è aumentato nelle rocce. "Se l'ossigeno fosse aumentato in quel momento, allora sarebbe stato disponibile più ossigeno per abbattere la biomassa delle profondità marine e riciclare il fosforo nelle regioni costiere poco profonde", ha affermato Walton.Spostare questo fosforo verso la terra significava che era meglio conservato nelle rocce che compongono i continenti."Quella serie di cambiamenti è stata in definitiva responsabile di alimentare l'attività della vita complessa come la conosciamo", ha detto Walton.

L’ossigeno, quindi, è un terzo componente essenziale nel ciclo del fosforo.

"È difficile svelare la sequenza degli eventi...se la vita complessa si sia evoluta in parte a causa dell’aumento delle scorte di ossigeno e fosforo, o se fossero in realtà pienamente responsabili della crescente disponibilità di entrambi, è ancora un argomento controverso." Walton e il team ora stanno cercando di indagareil trigger e la tempisticadi questo arricchimento di fosforo nella crosta in modo più dettagliato.

Riassumendo, esiste una notevole interazione tra la biologia e due elementi abiotici (ossigeno e fosforo) che sostengono la vita sul nostro pianeta. Gli scienziati di Cambridge non sono stati in grado di decidere cosa sia avvenuto prima, come si sia innescato il ciclo e come le cose siano rimaste in equilibrio una volta avviato il ciclo.