在生命起源的探索历程中，磷（P）元素一直占据着极为关键的地位。它是所有已知生物化学形式中不可或缺的元素，在新陈代谢、细胞结构以及像 DNA 这样的信息编码聚合物的构成中，都扮演着至关重要的角色。然而，在生命起源的关键时刻，磷在水环境中如何变得充足，从而推动生命化学起源的问题，却如同迷雾一般，始终笼罩在科学界的头顶，这便是著名的 “P 问题”。
从实验性的前生命化学研究中我们得知，合成生物分子需要高浓度（100 mM）的溶解无机磷，可在自然环境里，这种高浓度的溶解磷极为罕见。自然环境中溶解磷的普遍稀缺，与前生命化学对高浓度磷的明显需求之间，形成了一道难以跨越的鸿沟，这就是所谓的 “前生命 P 问题”。而且，仅仅有高初始浓度的磷还远远不够。在生命起源的过程中，即使在第一批细胞出现之前，许多前生命反应需要的高浓度磷，必须在反应不断消耗磷的情况下，依然能够维持，这无疑是一个巨大的挑战。因为在当今地球的大多数环境中，由于磷的供应有限，再加上生命活动对磷的消耗，导致磷的浓度普遍较低，生命活动在这些环境中往往受到磷的限制。由此可以推断，那些常见环境的前生命类似环境，很可能会随着对磷需求的增长，陷入磷限制的困境，进而阻碍前生命化学的发展。
在这样的背景下，研究人员踏上了探索之旅。他们的研究成果发表在《Science Advances》期刊上，论文题目是《Large closed - basin lakes as sustainable sources of phosphorus for prebiotic chemistry》。研究人员经过深入研究得出结论：大型封闭盆地湖泊，如加利福尼亚的莫诺湖（Mono Lake），有可能在稳定状态下保持高磷浓度的同时，维持极高的生物生产力。这意味着大型封闭盆地湖泊为前生命磷的生产提供了一个环境，在这个环境中，高的前生命磷生产力和高的稳定状态磷浓度有可能共存，这对于解释生命起源时的磷供应问题具有重要意义。
P 的来源：研究发现，地球表面不同地方的磷表面风化通量差异巨大，相差超过两个数量级。像冰川环境，其磷风化通量比大多数河流高几个数量级，然而高风化通量并没有带来高浓度的磷。因为高风化率与径流量密切相关，大量的径流会稀释高磷通量，使得冰川径流中的磷浓度实际上比任何流域类型的平均河流都要低。这一结果着实让人惊讶，毕竟冰川径流创造了地球上已知的最大磷通量之一。而且，在评估封闭盆地的磷供应时，现代生物圈的复杂活动给研究带来了不小的干扰。例如在苏打湖，候鸟每年会注入大量的磷，有时几乎占了所有的磷输入。不过，研究人员通过对观察到的磷源分配进行校正，尽量排除这些干扰因素，以便更准确地评估现代苏打湖的前生命类似物的磷肥力。
P 的汇：通过对苏打湖磷浓度的实证观察，研究人员发现不同类型的湖泊在磷浓度变化上有着显著差异。像季节性湖泊，在干湿季节循环中，磷浓度会出现巨大的变化。在蒸发阶段，溶解无机碳和磷会大量浓缩，而在初级生产力季节性爆发时，溶解磷又可能被耗尽。例如古德诺夫湖（Goodenough Lake），其最低磷浓度非常低，甚至低于一些分析方法的检测限，几乎和流入的径流中的磷含量一样。季节性湖泊在维持稳定的高前生命生产力方面面临诸多挑战。在干旱期，生产力会中断；如果前生命化学对磷的吸收效率较高，而磷的输入速率较低，那么磷的吸收可能会自我限制；而且在高磷旱季产生的分子，在低磷雨季会被稀释，容易受到破坏性水解的影响。
研究人员还定义了三类永久性苏打湖。第一类是全年存在但很浅，且河流输入极少的湖泊，比如迪尔湖（Deer Lake）。这类湖泊的磷输入非常有限，要么磷无法浓缩到足以启动前生命化学的程度，要么即使能启动，生产力也极为有限。第二类是流入量低、浅且生产力季节性变化强烈的湖泊，如古德诺夫湖。由于湖泊的蓄水量小，当生产力启动时，很容易出现磷耗尽的情况。第三类是高流入量和深的封闭盆地苏打湖，以莫诺湖为代表。这类湖泊全年磷浓度都很高（接近 1 mM），从表面到深处都混合均匀，并且能够支持极高水平的现代生物生产力，理论上最有可能维持高的前生命生产力。 3. 封闭盆地中前生命 P 的可用性：研究人员构建了一个简单的稳态模型来研究磷浓度，该模型考虑了风化输入以及（前）生物对磷的吸收。通过这个模型，研究人员分析了不同类型苏打湖在不同情况下的磷可用性。以莫诺湖和迪尔湖为例，在去除现代生物对磷的高效回收以及动物营养向量（如候鸟带来的磷输入）的影响后，莫诺湖的稳态磷浓度会下降，但考虑到前生命化学对磷的吸收效率可能较低，其稳态磷浓度仍有可能维持在较高水平，足以支持连续的前生命化学。而迪尔湖即使在相同条件下，稳态磷浓度也远低于莫诺湖，在支持前生命化学方面竞争力较弱。 4. 前生命 P 的回收途径：在莫诺湖，现代高效的磷回收以及候鸟带来的大量磷输入，使得其实际磷浓度高于模型预期。研究人员考虑了早期地球可能增强磷可用性的两种机制：增强的磷风化供应和非生物磷回收。通过将最高的径流磷浓度与莫诺湖的有利水文和几何条件相结合，并考虑早期火山高排气率可能增加磷浓度的影响，发现这些因素一起可以使前生命莫诺湖的磷浓度提高一个数量级，达到 0.25 mM，但仍低于已知早期前生命反应网络相关磷浓度的下限。对于非生物磷回收，研究人员通过实验发现，光解磷回收除非有机磷周转极其缓慢，否则无法为磷的可用性带来显著影响。
综合研究结果和讨论部分来看，莫诺湖这类高流入量的封闭苏打湖，为前生命化学中磷的浓度和可持续性问题提供了一个可能的解决方案。即使前生命磷周转率与现代莫诺湖相似，其稳态磷浓度也能保持在 1 mM 左右，如果周转率更慢，浓度甚至可能高达 100 mM，这足以满足前生命化学反应的需求。而且，早期地球较高的大气二氧化碳浓度可能会使湖泊更富碳酸盐，从而提高磷酸盐的溶解度，或者湖泊稍微更蒸发一些，都有可能使封闭盆地积累更多的磷。虽然目前前生命反应通常使用超过 100 mM 的磷，但实际所需的磷浓度可能更低，并且像莫诺湖这样的环境，其整个湖泊全年都保持 1 mM 的磷浓度，再结合湖泊中如热气泡促进磷酸化反应等微环境，为前生命化学反应提供了有利条件。
