Resumen: ¿Cuándo empezó la vida? Una pista probatoria proviene de los registros del fósil en la Occidental Australia, aunque si estos sedimentos a capas son biológicos o químicos ha engendrado un debate animado. El investigador Oxford, Nicola McLoughlin, describe una cierta cantidad de los temas en la argumentación.





Por un redactor de Astrobiology Magazine

Los microfósiles Sílex Apex (arriba) formados en colaboración con fluidos calientes cerca de una estructura volcánica. Crédito: UCLA

Para encontrar lo que muchos consideran que es la prueba más antigua de fósil para la vida en la Tierra, un punto de partida podría ser reservar un vuelo para la región Pilbara en Australia Occidental.

En la llegada en este distrito de explotación minera de oro, el buscador encuentra estratos extraños de la roca, muchos con la forma de cajas de cartón de huevos. Miles de millones de años atrás, estas colonias se pudieron haber formado como los depósitos microbianos del arrecife. Bajo el examen más detallado, unas cuantas de estas rocas revelan formas segmentadas microscópicas que hacen alusión a su origen complicado y posiblemente biológico. Como quiera que muchos de estos estratos datan de hace 3.45 miles de millones de años, su estudio detallado ha atraído interés en la búsqueda de la vida en la Tierra antigua.

Llamados estromatolitos (del griego “alfombra de piedra”) tales sedimentos pueden ser los restos de alfombras microbianas que crecieron por etapas: primeros buscaron nutrientes y luego incorporaron minerales en sus estratos de la roca. Ejemplos de estromatolitos vivos pueden ser vistos hoy en Hamelin Pool, en la Bahía de Shark en Australia Occidental. También se propone que en la tierra antigua, los estromatolitos se pueden haber formado químicamente en respiraderos submarinos calientes donde los minerales precipitaron en estratos esculpidos. Esta explicación no precisa biología.

Las preguntas acerca del origen de estos sedimentos de esta manera giran alrededor de los detalles finos de cómo surgieron. ¿Son estos fósiles verdaderos o algún resto volcánico? Se originaron de materiales químicos o biológicos de activación, una distinción crucial que da alas a una dedicación y animado debate en un campo de investigación llamado paleobiología.

El misterio subyacente en el registro antiguo de fósiles de la Tierra es complicado no sólo porque estas rocas son muy viejas, sino que también porque en la Tierra, la biología misma fue muy joven. Los organismos precámbricos carecieron de partes duras que pudieron estar conservadas una vez que los anfitriones murieron y se corrompieron. Poco de los primeros organismos pudo ser conservado. La diversidad antigua de la vida también fue limitada, así es que los sitios acogedores donde la fauna echaba raíz estaban más estrechamente definidos.

Aparte del interés de los paleobiólogos estudiando cuando la vida comenzó, esta controversia resalta preguntas más profundas para los astrobiólogos: ¿Cómo detectar la vida? ¿Puede la forma (o la morfología) usarse para identificar formas de vida simples, primitivas? ¿Qué clases de pruebas impondrían una conclusión definitiva acerca de algún fósil marciano futuro, particularmente si una roca candidata hubiese conservado simplemente el contorno biológico incompleto que sólo vagamente se pareció a un microbio alguna vez visto en la Tierra?

Astrobiology Magazine tuvo la oportunidad para hablar con la investigadora Nicola McLoughlin de Departamento de la Universidad de Oxford de Ciencias de la Tierra acerca de su trabajo en si los microfósiles putativos más precoces dan una fecha de inicio útil para plantear la gran pregunta: ¿Cuándo empezó la vida?

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Astrobiology Magazine (AM): ¿Qué descubrimientos acerca de Australia Occidental le interesaron primero?

Colonias modernas del arrecife, Sharks Bay, Australia Occidental

Nicola McLoughlin (NM): La tremenda edad y la relativamente buena preservación del Grupo Warrawoona, la exposición sin rival de estromatolitos, el reto y la oportunidad para entender la co-evolución de los anteriores bio/lito/hidro/atmósferas codificadas en éstas rocas. Mi investigación de los estromatolitos está enfocada en el SílexStrelley Pool y el Sílex North Pool. También he gastado un montón de tiempo de campo trazando un mapa del (infame) Sílex Apex.

AM: ¿Trabaja usted con Martin Brasier en si éstos son productos químicos (y no biológicos) en el origen?

El Criterio Knoll Para La Detección De Vida Una hipótesis nula en astrobiología es llamada el criterio Knoll, y pueden ser aplicados en otro mundo como Marte o para la evidencia de fósiles en la Tierra. Nombrada en pos del paleontólogo de Harvard Andrew Knoll, la metodología es citada como un ejemplo de no sólo cómo una forma podría ser similar a algo biológico, sino que si una presunción es dada para otra explicación en ausencia de la biología. “Usted hace su exploración”, dijo Knoll, “y si, en el transcurso de esa exploración, usted encuentra una señal que no es tomada en consideración (a) fácilmente por la física y la química o (b) reminiscente de señales que son estrechamente asociadas con la biología en la Tierra, entonces se entusiasma. Lo que ocurrirá luego, le puedo garantizar, es que 100 científicos emprendedores se pasarán por el laboratorio y verán cómo pueden simular, en todo caso, lo que usted ve - sin usar la biología”.

NM: Sí. Estudiando a los Microfósiles Arqueanos y los estromatolitos nuestro grupo adopta la aproximación de que un origen biológico no debería ser aceptado hasta que todas las explicaciones plausibles abiogénicas para su origen han sido examinadas y puede estar falsificadas.

En este punto yo lo llamo estromatolito en el sentido no-genético: como las estructuras adosadas, laminadas, sedimentarias de crecimiento que se funden fuera de un punto o la superficie limitada de iniciación (Semikathov Et Al., 1979). Esta definición describe las características fundamentales morfológicas y texturas de un estromatolito, englobando mientras orígenes múltiples o indeterminados.

La biogénesis de los estromatolitos Arqueanos es muy discutida debido a relativamente simple macromorfología, la destrucción diagénica de los microtejidos y (en el caso del grupo Warrawoona por la silicificación penetrante ante y post deposicional - o la conversión a sílice) microfósiles orgánicos. Estos retos están acoplados con una realización creciente de la extensión de precipitación del producto químico del suelo marino durante el precámbrico antiguo y los sedimentos morfológicamente diversos que pueden resultar.

Mi investigación en curso en los Sílex Strelley Pool indica, primaria precipitación química extensiva que produjo los grandes horizontes de series del soplador de cristal. Los estromatolitos cónicos se relacionan íntimamente con los sopladores de cristal, a menudo heredando la topografía de sopladores subyacentes de cristal, aumentando la posibilidad que los estromatolitos se formaron por procesos similares.

Nuestra hipótesis nula es eso, la cristalización abiogénica puede producir a lechos ondulados complejos por la interacción de corrientes multidireccionales del suelo marino con sedimentos cohesivos - o “pavimentos cristalinos” si Ud. quiere. En un intento para entender mejor estos procesos dirigimos el trabajo experimental a constreñir las macromorfologías de los estromatolitos y microtejidos que pueden ser producidos por precipitación del producto químico abiogénica.

Mientras la posibilidad permanece que la precipitación química de los estromatolitos de Sílex Strelley Pool fue microbiológicamente intervenida, la falta convincente de los tejidos microbianos de la alfombrilla actualmente convierte a esta hipótesis en no comprobada. Además de la petrografía y el modelaje morfológico, también analizamos láminas de estromatolito para niveles elevados de elementos conocidos para ser concentrados por las alfombras microbianas.

AM: ¿Puede describir usted ampliamente el mecanismo de formación de grafito hidrotermalmente mediante calor como alternativa a las explicaciones microbianas?

NM: Este mecanismo ha sido sugerido para el origen de microfósiles como estructuras en negro, kerogenos, sílex hidrotermales, principalmente los “microfósiles” Apex ( estructura Schopf ), y posiblemente también los “microfósiles” Dresser/North Pool y los “microfósiles” encontrado en los sílex del Mnt Ada Basalt.

Estromatolitos canadienses, Great Slave

Eso es lo que se tuvo pensado que los procesos como la síntesis de Fischer-Tropsch (FTT) podrían producir compuestos de carbono simples profundos en la corteza Arqueana.

(Nota: Estas reacciones químicas producen hidrocarburos de cadena largos terminados con un grupo de alcohol. Si estos pueden reaccionar, entonces surfactantes o formas moleculares como de detergente, que efectivamente precederían a las primeras paredes primitivas de la célula. En detalle, FTT es un además proceso donde el dióxido de carbono CO2 es convertido a metano e hidrocarburos de cadena corta por la reacción con hidrógeno H2 posiblemente se derivaron de reacciones de serpentinización, este proceso es catalizado por aleaciones del magnetita y Ni-Fe común en rocas Arqueanas. Significativamente este proceso puede producir compuestos de carbono C con (isótopos de carbono-13) valores de - 20 a - 54 % previamente tomado como un señalizador de biogénesis)

Los fluidos hidrotermales circulantes podrían llevar estos compuestos de carbono C arriba del sistema del dique, posiblemente el arrastre más allá removilizó el carbono C en curso, aglomerándose mientras se mueve y siendo atrapado por los sílex cristalizadores en el sistema del dique /respiradero. Por otro lado la modificación morfológica de estos artefactos ricos orgánicos o pseudofósiles puede ocurrir entonces por la ulterior recristalización.

De este modo los sílex hidrotermales con fractura compleja llenan tejidos que podrían contener coágulos de compuestos de carbono C con morfologías “microfósiles”. No tales estructuras “microfósiles” son reportadas desde horizontes estromatolíticos en el Grupo Warrawoona, pero se ha sugerido que estando exhalados de un respiradero estos pseudofósiles pudieron ser atrapados dentro un estromatolito que se funde, quizá también concentrándose en estratos ricos orgánicos amorfos.

AM: ¿Tiene usted un resultado privilegiado para cualquiera de las reclamaciones más incontestables para encontrar las formas fósiles más antiguas de la vida? ¿Cual es la mejor fecha ahora para el comienzo de este registro microbiano fósil?

NM: Probablemente lo más viejo, los estromatolitos biogénicos más convincentes que he visto es del grupo Fortesque de 2.7 mil millones de años (giga – años, Ga), con buena preservación micro-textural, complejidad morfológica significativa y diversidad. El desafío es salvar la brecha entre estos estromatolitos y las estructuras Warrawoona. Más allá el estudio sistemático de estromatolitos del Grupo Steep Rock de 2.9-2.7 mil millones de años (Ga) del norte de Canadá y otros horizontes de África e India, pueden ayudar a la determinación, de dónde el límite prebiótico-biótico puede trazarse (buena revisión por Hofmann 2000).

En términos del registro de micro-fósiles hay dos horizontes intrigantes: las estructuras recientemente reportadas por Furnes Et Al. (2004) de 3.5 mil millones de años (Ga) las lavas basálticas en forma de almohada de África Del Sur y las estructuras de 3.2 Ga reportadas por Rasmussen Et Al. (2002) del Warrawoona Group. Estos dos horizontes son realmente diferentes a los ejemplos discutidos en Qu 3 y me gustaría ver más allá de la petrografía de respaldo y la química geológica antes de aceptar su biogénesis. Aquí en Oxford estudiamos una nueva colección notablemente bien conservada de estructuras microtubulares del Warrawoona Group que es morfológicamente parecido al material Furnes Et Al.. Esperamos reportar pronto los criterios usados para investigar la biogénesis de estas estructuras y en base a su contexto y sus comparativas de succión de mineralogía con los resultados de misiones recientes a Marte.

AM: ¿Es probable a tu parecer que los antiguos Estromatolitos Arqueanos fueran bacterias púrpuras y verdes de azufre, y no realizaran la fotosíntesis para producir oxígeno?

NM: Ésta es una hipótesis altamente plausible como quiera que el trabajo filogenético molecular por Carrine Blank y otros, sugieren que los microbios Archean estaban restringidos a ambientes geotermales “calientes, profundos”. Ciertamente, allí crece la evidencia de campo para una gran influencia hidrotermal en el ambiente deposicional del Polo Norte y más discutiblemente los Estromatolitos de sílex Strelley Pool. Éstos son los tipos de ambientes en los cuales los metabolismos quimiosintéticos pudieron haber sido viables, pero también, donde la síntesis prebiótica de compuestos orgánicos simples y la precipitación morfológica de los depósitos químicos complejos pudo haber ocurrido. Además, mi modelización numérica de la macromorfología del Estromatolito de sílex Strelley Pool sugiere que no sean firmemente estructuras fototróficas, y así vamos en busca de pruebas geoquímicasl y micro-texturales que investiguen un posible origen quimiosintético.

AM: ¿Qué clases de técnicas experimentales o de campo están ahora siendo aplicadas para ayudar a resolver disputas acerca de estos ejemplos?

NM: La síntesis experimental de artefactos de microfósiles usando gel sódico de silicato y sales de metal, se ha usado para ganar una mejor comprensión en los mecanismos abiogénicos que pueden generar a los pseudofósiles (Garzia Ruiz 2003). Estamos conduciendo experimentos análogos usando una gama de medios para investigar la formación de estromatolitos sintéticos. Hay mucho trabajo para hacer combinando esta modelización del laboratorio con modelización numérica de la forma del estromatolito y un análisis detallado de campo de los estromatolitos. La aplicación reciente de análisis de complejidad para la investigación de la morfología del estromatolito (Corsetti Et Al.) es estimulante pero requiere más verificación.

La fotografía de cerca de formas marcianas famosas del meteorito en Allen Hills meteorite ALH84001, encontrado en Allen Hills, Antártida. Crédito De Imagen: NASA

El micro-láser Raman es una técnica analítica empleada por varios grupos para identificar restos orgánicos en Sílex Arqueanos, y ha resultado ser un geo-termómetro útil pero un señalizador pobre de biogénesis. El análisis de alta resolución de sistemática de isótopos acoplados incluyendo carbono (C), oxígeno (O), el hierro (Fe) y azufre (S) usando técnicas como nanno-sims y HRTEM, están siendo explorados para identificar procesamiento microbiano en ambos microfósiles putativos y estromatolitos.

AM: Muchos han censurado un criterio centrado alrededor de la “apariencia” de bacterias en forma de barras como indicando ya sea orígenes biogénicos o abiogénicos, ya sea en estromatolitos, los fósiles o incluso los meteoros. ¿Hay diagnosis o técnicas que uno puede imaginar para ayudar a aclarar esta relación tenue entre la estructura y el origen?

Las esférulas marcianas, "moras azules" se han vuelto importantes para los indicios en un paisaje extraterrestre. Crédito: NASA/JPL

NM: La morfología simple de cocos y barras formó estructuras que no deberían ser tomadas aisladamente como un señalizador de biogénesis. El análisis de la morfología putativa del microfósil siempre debería estar unificada con investigaciones petrográficas y geoquímicas a una fina escala.

Nuestro grupo aborda el análisis morfológico cuantitativo de la morfología de microfósiles y macrofósiles (o sea estromatolito) y encuentre que las putativas estructuras biológicas y abiológicas a menudo ocupan regiones imbricadas de morfoespacio. El pesimista verdadero podría concluir, que la morfología es un señalizador pobre de biogénesis y que las formas de vida más simples, más primitivas son con holgura imitadas por la abiología. El desafío es identificar los tipos y las escalas de morfología única para la vida - la mayor parte de progresos probablemente estarán hechos correlacionando criterios de biogénesis morfológicos y geoquímicos.

AM: ¿Qué clases de temas espera usted que su investigación asuma en el futuro?

NM: Estromatolitos son los macrofósiles más abundantes en el Precámbrico pero nosotros tenemos una noción muy limitada de su morfogénesis y sólo parcialmente hemos sacado provecho de la morfología del estromatolito como un señalizador de cambio ambiental y evolutivo. Hay mucho trabajo para hacer en la interconexión de la sedimentología, paleobiología, el modelaje numérico y del laboratorio para entender mejor la morfología de los estromatolitos. Más generalmente estoy interesado por la co-evolución del atmos/litos/hidro/bio-esfera Precámbrica en particular los acontecimientos del Precámbrico Tardío, la fauna ediacara y los acontecimientos precursores a la explosión cambriana.