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Microorganismos Bacterias primitivas favorecieron las condiciones para la vida en la Tierra

Hace millones de años la luz del Sol era tan tenue que la Tierra tendría que haber estado congelada, lo que dificultaría la vida, pero algo la calentó. Ahora un estudio ofrece una explicación a este misterio: antiguas bacterias formaron depósitos masivos de hierro y alimentaron a otros microorganismos que produjeron metano, un gas de efecto invernadero.

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Imágenes de microscopia de la bacteria Chlorobium ferrooxidans utilizada en el estudio y su lugar de procedencia: la bahía de Kabuno, al noreste del lago Kivu en la República Democrática del Congo. / UAB

Un equipo internacional de científicos, liderado desde la Universidad de la Columbia Británica (UBC) y con participación de la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB), acaba de revelar el papel clave que podrían haber desempeñado unos microorganismos del Arcaico –la etapa del Precámbrico comprendida entre hace 4.000 y 2.500 millones de años– en dos de los mayores misterios de la Tierra primigenia: la generación de acumulaciones masivas de hierro y el establecimiento de condiciones ambientales favorables para la vida bajo un sol tenue.

Para realizar el estudio, que publica esta semana la revista Science Advances, se han utilizado cultivos de bacterias modernas de la especie Chlorobium ferrooxidans recogidas en un lago africano rico en hierro llamado Kivu, concretamente en una bahía de la República Democrática del Congo. 

Los resultados muestran que los antepasados de estos microorganismos pudieron ser claves para mantener el clima cálido primitivo de nuestro planeta y formar los yacimientos de hierro mineral más grandes del mundo: las formaciones laminadas de hierro (BIF, por sus siglas en inglés) en los fondos oceánicos hace miles de millones de años. 

Imagen de microscopia del cultivo de C. phaeoferrooxidans (cepa KB01) durante su crecimiento en condiciones de fotoferrotrofia. / UAB

Las bacterias estudiadas tienen características químicas y físicas especiales que en completa ausencia de oxígeno les permiten convertir la energía de la luz solar en minerales de hierro oxidado y en biomasa celular, de tal manera que en última instancia provocan que otros microbios produzcan metano, el potente gas de efecto invernadero.

"Usando técnicas geomicrobiológicas modernas, hemos hallado que estas bacterias poseen superficies que les permiten expulsar minerales de hierro, lo que hace posible que exporten estos minerales al fondo marino creando depósitos", señala la investigadora Katharine Thompson de la UBC, primera autora del trabajo. 

"Separadas de sus productos minerales oxidados, estas bacterias pasan a alimentar a otros microorganismos productores de metano –explica–. Y ese metano es lo que probablemente mantuvo caliente la atmósfera de la Tierra, a pesar de que el sol era mucho menos luminoso que hoy día". 

Resolución de un viejo enigma

El proceso de generación de las BIF ha sido un enigma hasta ahora, al no existir en estos depósitos registros fósiles de biomasa celular producida durante la oxidación del hierro. 

“Ahora hemos demostrado que los antepasados de estas bacterias pudieron participar en la formación de las BIF y que el exceso de biomasa no depositado en ellas se habría depositado en los sedimentos costeros, formando pizarras ricas en materiales orgánicos y alimentando la metanogénesis microbiana, añade el coautor Marc Llirós, investigador del Departamento de Genética y Microbiología de la UAB. 

El estudio supone una posible explicación a la paradoja del Sol joven y débil, originalmente reconocida por el astrónomo Carl Sagan. Esta paradoja apunta la existencia de océanos líquidos en la Tierra primitiva a pesar de que las estimaciones de la temperatura terrestre calculadas a partir de la luminosidad del Sol primitivo y la química atmosférica moderna implicarían que la Tierra debería haber estado completamente congelada. 

El estudio ofrece una posible explicación a la paradoja del Sol joven y débil, del astrónomo Carl Sagan

Una Tierra congelada no habría soportado mucha vida. Una atmósfera rica en metano, vinculada a los depósitos masivos de hierro mineral y a la vida temprana fue propuesta inicialmente por el científico atmosférico de la Universidad de Michigan, James Walker, en 1987. Este nuevo estudio aporta una fuerte evidencia física para apoyar la teoría y revela que las interacciones a micro escala entre bacterias y minerales fueron probablemente la causa. 

"El conocimiento fundamental que estamos adquiriendo de los estudios que utilizan herramientas y técnicas geomicrobiológicas modernas está transformando nuestra visión de la historia de la Tierra, así como la forma en que conocemos e interactuamos con el mundo que nos rodea hoy día", dice el autor principal del artículo, Sean Crowe, catedrático de investigación canadiense de geomicrobiología y profesor asociado de la UBC. 

"Este conocimiento de los procesos químicos y físicos que están detrás de la interacción de las bacterias con su entorno puede ser utilizado, por ejemplo, para desarrollar y diseñar nuevos procesos para la recuperación de recursos, nuevos materiales de construcción, y aportar nuevos enfoques para el tratamiento de enfermedades”, adelanta el investigador.