Recrean agua de mar antigua para ver qué nutrientes impulsaron la vida

Una nueva investigación publicada en Nature Geoscience ha revelado cómo los procesos geológicos controlaban qué nutrientes estaban disponibles para impulsar la vida en los océanos primitivos.

Toda la vida utiliza nutrientes como el zinc y el cobre para formar proteínas. Las formas de vida más antiguas evolucionaron en el Eón Arcaico, tres mil quinientos millones de años antes de que aparecieran los dinosaurios por primera vez. Estos microbios mostraron preferencia por metales como el molibdeno y el manganeso en comparación con sus homólogos más recientes. Se cree que esta preferencia refleja la disponibilidad de metales en el océano en ese momento.

Investigadores de la Universidad de Ciudad del Cabo (UCT) y la Universidad de Oxford recrearon agua de mar antigua en el laboratorio. Descubrieron que la greenalita, un mineral común en las rocas arcaicas, se forma rápidamente y elimina zinc, cobre y vanadio en el proceso.

A medida que la greenalita se formó en los océanos primitivos, estos metales se habrían eliminado del agua de mar, dejándola rica en otros metales, como manganeso, molibdeno y cadmio. Curiosamente, los metales que predicen que habrían sido más abundantes en el agua del mar Arcaico coinciden con los elegidos por las primeras formas de vida, lo que explica por qué fueron favorecidos durante la evolución temprana.

La investigadora principal, la Dra. Rosalie Tostevin (Universidad de Oxford en el momento del estudio, ahora profesora titular del Departamento de Ciencias Geológicas de la UCT), dijo en un comunicado: "Nos emocionamos mucho cuando notamos que nuestros resultados coinciden con las predicciones de los biólogos que utilizan un enfoque completamente diferente. Siempre es reconfortante que especialistas de otros campos lleguen a resultados similares".

Los científicos coinciden en que el agua del mar Arcaico era muy diferente a la actual, con más hierro y sílice disueltos y poco o nada de oxígeno. Sin embargo, hay poco acuerdo sobre otros aspectos de la química del agua de mar, como la concentración de nutrientes.

"No podemos retroceder en el tiempo para tomar muestras de agua de mar y analizarla, por lo que reconstruir las condiciones arcaicas es todo un desafío. Un enfoque es observar la composición química de las rocas sedimentarias, pero la química de rocas muy antiguas a veces se ha alterado. En su lugar, decidimos crear una versión en miniatura del agua de mar antigua en el laboratorio, donde pudiéramos observar directamente lo que estaba sucediendo", dijo Tostevin.

Tostevin y su colega Imad Ahmed recrearon agua de mar Arcaica dentro de una cámara especial sin oxígeno y observaron cómo comenzaba a formarse la greenalita. Observaron cambios dramáticos en las concentraciones de metales en el agua de mar a medida que se formaban los minerales. Utilizaron espectroscopía de absorción de rayos X en el sincrotrón Diamond Light Source para demostrar que los metales estaban entrando en los minerales. Por el contrario, otros metales no se vieron afectados por este proceso y permanecieron en niveles elevados en el agua de mar.

Tostevin dijo: "Sabemos que la greenalita era importante en la Tierra primitiva porque la seguimos encontrando en rocas antiguas, como el mineral de hierro en el Cabo Norte, Sudáfrica, y rocas similares en Australia. Creemos que esta puede haber sido una de Los minerales más importantes en el Arcaico. Pero no sabemos exactamente cómo se estaba formando la greenalita en la naturaleza. Una posibilidad es que la greenalita se formara en las profundidades del océano en respiraderos hidrotermales. Pero también podría haberse formado en aguas poco profundas, dondequiera que hubiera un pequeño cambio en el pH."

Tostevin y Ahmed decidieron realizar sus experimentos en ambos tipos de condiciones y descubrieron que, independientemente de cómo se forme la greenalita, elimina los metales de manera similar.

Una cuestión que preocupaba a los investigadores era si los metales permanecerían encerrados durante mucho tiempo o serían liberados de nuevo al agua de mar después de varios meses o años. Para probar esto, calentaron los minerales para emular lo que sucede en la naturaleza cuando se entierran y se cristalizan. Los metales permanecieron atrapados en el mineral, lo que sugiere que se trataba de un sumidero permanente de metales que habría impactado profundamente el agua de mar primitiva.