Resumen: La vida en sus inicios puede haber usado filtro solar, permitiéndole huir de las aguas profundas y vivir en lugares relativamente altos y secos. Cualquier tipo de vida que pueda haber existido en la superficie de Marte también habría necesitado filtro solar para tener una oportunidad. |





Por Leslie Mullen

La capa de ozono sobre la Antártida. Crédito: spacedaily.com

Cuando se embadurna con filtro solar antes de salir a pasar un día en la playa, ¿está repitiendo una acción que ocurrió por primera vez hace 2 mil millones de años?

Algunos científicos creen que la vida primigenia pudo haber usado filtros solares, aunque no se parecían nada a las cremas blancas y lociones que usamos hoy. En vez de eso, los antiguos filtros solares pueden haber sido costras minerales formadas por hierro, sílice, y arcilla.

Estos filtros solares tan poco suaves habrían sido necesarios para bloquear por completo el espectro de los rayos solares ultravioleta (UV). Hay tres tipos de rayos UV: UV-A, UV-B y UV-C. Los filtros solares modernos absorben los rayos UV-A y los UV-B. Los rayos UV-C son los más dañinos, pero nunca alcanzan la Tierra porque son bloqueados por la capa de ozono.

Pero hace más de 2 mil millones de años, la Tierra tenía poco oxígeno y no había capa de ozono. Los rayos UV-C abrasaban la superficie terrestre sin piedad, y habrían achicharrado cualquier forma de vida bañada por el Sol.

Antes de que la fotosíntesis produjese el aumento de oxígeno y la formación de la capa de ozono, la vida primitiva se protegía a si misma viviendo bajo el agua. El agua puede bloquear la luz UV al tiempo que permite que la luz visible la atraviese para que la fotosíntesis tenga lugar. Los primitivos seres vivos fotosintéticos habrían tenido que permanecer a una cierta profundidad bajo el agua para aprovechar la luz visible al tiempo que evitaban los UV.

Pero con un filtro solar de tipo mineral, los seres vivos fotosintéticos primitivos pueden haber sido capaces de existir en aguas mucho menos profundas, y quizás, incluso completamente fuera del agua.
Kurt Konhauser de la Universidad de Alberta estudia la vida en las fuentes termales mineralizadas. Las acumulaciones de minerales precipitados llamadas “sinters” (costras) se forman en estos manantiales, pero Konhauser ha encontrado que los “sinters” están compuestos en realidad tanto por comunidades microbianas como por depósitos minerales. Cuando el sílice y el hierro precipitan pasivamente sobre las capas microbianas capas microbianas y las van tapando, los microbios migran, formando una nueva capa o alfombra en lo alto de los minerales. Con el tiempo, las capas de “sinter” se acumulan lo suficiente como para elevar a los seres vivos por encima del agua.

Kurt Konhauser. Crédito: Universidad de Alberta

En un estudio publicado en 2001 en Geolog, Konhauser y sus colegas describieron lo efectivos que pueden ser estos filtros solares de tipo mineral. Los científicos hicieron cultivos de cianobacterias recogidas en fuentes termales de Islandia, y las expusieron a concentraciones de hierro y sílice que imitaban los efluentes de una fuente termal. Luego expusieron las bacterias recubiertas de mineral a una luz UV comparable a los niveles que habría hace más de 2 mil millones de años.

Encontraron que el grupo de control de cianobacterias no mineralizadas experimentó un rápido daño debido a la exposición a los rayos UV, con sólo un 15% de supervivencia tras ser expuestas a la radiación durante 96 horas. Las bacterias con filtro solar mineralizado, sin embargo, mostraron resistencia a los UV, y después de 384 horas de exposición a los UV, permanecía el 90% de la población.

Las cianobacterias mineralizadas no sólo tenían tasas más altas de supervivencia, sino también tasas más altas de crecimiento, de fotosíntesis y de producción de oxígeno, que el grupo bacteriano de control.

Curiosos por saber el grosor del filtro solar necesario para que sea efectivo, Konhauser y sus colegas cortaron un “sinter” en láminas de grosores variados.

“Queríamos probar qué grosores eran necesarios para proteger de los UV, y al mismo tiempo permitían el paso a ciertas longitudes de onda de luz visible”, dice Konhauser. Sólo cuando la primitiva vida fotosintética en el agua tuvo que vivir en una zona donde la luz UV fuese bloqueada pero la luz visible fuese accesible, la vida temprana fotosintética habría necesitado una capa de filtro solar que bloqueara los UV permitiendo que la luz visible la atravesara.

Encontraron que estos malabarismos funcionaban incluso con las láminas más finas. Con sólo 0.15 mm, la lámina proporcionó casi un 100% de protección UV mientras todavía permitía penetrar a la luz visible.

Un estromatolito laminado, formado por la actividad de las cianobacterias antiguas. Crédito: UC Berkeley

Konhauser y sus colegas han comprobado desde entonces fuentes termales en Kenia y Nueva Zelanda, y han encontrado que todos los tipos de microbios adquieren un recubrimiento mineral.

“Los microbios se aprovechan de la ausencia de predación y de los altos niveles de nutrientes en las fuentes termales, pero al vivir ahí, no pueden vivir si no se recubren de precipitados de hierro y sílice”, dice Konhauser.

Una biomineralización así parece ser una consecuencia inevitable de crecer en soluciones geotermales. Presumiblemente, incluso la vida fotosintética más primitiva que creció en fuentes termales habría estado recubierta con minerales.

'Dado que los estromatolitos de aguas someras ya existían hace 3.5 mil millones de años, y que pueden haber estado constituidos por cianobacterias, entonces los microbios deben haber estado probablemente biomineralizados desde un primer momento”, dice.

Se ha sugerido que la vida podría haberse originado en fuentes termales minerales. Konhauser dice que si la vida empezó allí, la biomineralización le habría ayudado a sobrevivir.

“De hecho, si la vida empezó en las fuentes termales, se podría argumentar que nunca habría podido sobrevivir si no hubiese tenido un recubrimiento mineral para protegerla de los UV”, indica.

En los últimos años, los astrobiólogos han empezado a ver interconexiones entre la vida primitiva y la geología de la Tierra. Por ejemplo, la evolución de los organismos fotosintéticos está grabada en el registro rocoso - no en los fósiles, sino en los indicios químicos de las rocas mismas. El oxígeno producido por estos organismos reaccionó con el hierro de las rocas, provocando su oxidación y produciendo capas rojas y formaciones de hierro bandeado (FHB). Se cree que las FHB son la prueba tangible de la transición desde una atmósfera anóxica a una oxigenada en la Tierra, la cual tuvo lugar entre hace 2.5 y 2 mil millones de años.

Marte tiene grandes cantidades de hierro, como prueba el color rojo de óxido de su suelo. Crédito: NASA

Janice Bishop del Instituto SETI ha estado estudiando esta conexión entre el hierro, los organismos fotosintéticos y el oxígeno atmosférico. Ella cree que los minerales que llevan óxidos de hierro como la ferrihidrita y la schwertmannita podrían haber actuado como un filtro solar para la vida fotosintética primitiva.

Tanto la ferrihidrita como la schwertmannita son minerales “nanofase”, lo que quiere decir que el tamaño del cristal es sólo de unas decenas a cientos de nanómetros de tamaño (un nanómetro es una millonésima de milímetro, o la longitud de diez átomos de hidrógeno uno al lado del otro).

'El carácter nanofásico de estos minerales es parcialmente responsable para las beneficiosas propiedades espectrales”, dice Bishop.
En colaboración con Lynn Rothschild del Centro de Investigación Ames de la NASA, Bishop ha encontrado que los óxidos de hierro mezclados con sílice y arcilla proporcionan la mejor protección frente al Sol, quizá porque el sílice y las arcillas dispersan las partículas de óxido de hierro.

Bishop cree que las pequeñas poblaciones de los fotosintetizadores primitivos vivieron en nichos protegidos que contenían minerales de óxido de hierro nanofásicos. El óxido de hierro no solo ayudó a sobrevivir a estos fotosintetizadores primitivos, sino que en realidad puede haber promovido la evolución de estos organismos.

“Si esto, de hecho, fuese un factor importante, bien puede ser que sin los minerales de óxido de hierro, la fotosíntesis pudo no haberse generalizado hasta un momento más tardío”, dice Bishop.

El papel que el hierro pudo haber jugado en el origen de la vida nos lleva de forma natural a preguntarnos sobre el potencial para la vida en Marte. Marte tiene grandes cantidades de hierro, como se comprueba por el rojo color de óxido de su suelo. Marte también tiene sílice, muchas estructuras volcánicas, grandes cantidades de agua helada en los polos, y quizás incluso algo de agua helada o líquida bajo el suelo en latitudes más bajas.

La mayoría de los científicos creen que Marte es demasiado frío y seco en la actualidad para que la vida exista, pero la combinación de agua, calor y materiales que filtran la luz hace tentador pensar que la vida microbiana pudo haber existido durante algún período de la historia del planeta rojo con un clima más cálido y húmedo.

El mineral hematites es abundante en Marte. Crédito: Amethyst Galleries, Inc.

Marte tiene una atmósfera delgada y casi sin oxígeno, así que la superficie está muy irradiada - igual que la superficie de la Tierra hace 2 mil millones de años. Konhauser dice que los estudios del filtro solar microbiano en la Tierra sugieren que la vida pudo haber sobrevivido alguna vez en la superficie de Marte, siempre que hubiese habido alguna protección frente a la irradiación directa.

“Si la vida existió en Marte cuando había agua líquida disponible, entonces la biomineralización también habría sido probable”, dice. “Del mismo modo, esos mismos biominerales pueden haber llevado a la fosilización de esos seres vivos- y nuestras actuales búsquedas de la vida en Marte son buscando estos fósiles”.

Bishop indica que el hierro se presenta en Marte en varias formas.

“En contraste con los granos nanofásicos, el tamaño de grano de la hematites gris detectada en Marte mide probablemente unas decenas de micras, y el tamaño de grano de la hematites roja es de unas pocas micras”, dice Bishop. “No sabemos mucho aún acerca de los minerales específicos que tienen óxidos de hierro en Marte, aunque sospechamos que hay muchos óxidos de hierro nanofásicos”.

Bishop dice que si la vida existió alguna vez en Marte, no sería necesario disponer de un filtro solar para sobrevivir. La vida podría haber permanecido bajo el suelo, protegido de la superficie irradiada, obteniendo energía de los compuestos químicos de las rocas. Como en el origen de la vida en la Tierra, los únicos organismos que habrían necesitado arriesgarse a la exposición solar eran aquellos que obtenían su alimento de la fotosíntesis.

¿Qué seguirá?

Bishop dice que dispone de una buena cantidad de experimentos planeados para estudiar la capacidad de los minerales con óxidos de hierro para proteger a los organismos fotosintéticos de la radiación UV. Gracias a la financiación a través del Instituto de Astrobiología de la NASA (NAI), ella y Rothschild echarán una mirada más cercana a las interacciones entre los óxidos de hierro y los organismos fotosintéticos en el Parque Nacional de Yellowstone y otros lugares.

Konhauser continúa estudiando lugares con fuentes termales en Kenia y Nueva Zelanda. Él espera formarse una idea de cómo los microbios influyen en la precipitación de sílice y carbonato de calcio bajo diferentes condiciones geotérmicas.

Sus experimentos originales fueron con cianobacterias, pero existen dudas sobre si las cianobacterias fueron los primeros organismos fotosintetizadores. Konhauser y sus colegas están llevando a cabo experimentos con Aquificales, un linaje bacteriano profundamente arraigado tanto en ecosistemas terrestres como en los ecosistemas hidrotermales del fondo oceánico.