Una sopa primordial de piedra

Los astrobiólogos que intentan viajar al pasado, siguiendo el rastro de los fósiles para encontrar pistas sobre el origen de la vida, tienen normalmente que abandonar su búsqueda cuando llegan a los estromatolitos. Estas estructuras fosilizadas son los primeros restos conocidos de la vida sobre la Tierra. Los estromatolitos más antiguos son de hace 3 500 millones de años. Aunque existe una cierta controversia respecto a si estas estructuras tan antiguas fueron generadas por microbios o como consecuencia de procesos no biológicos, varias líneas de evidencia sugieren que, ciertamente, fueron producidas por seres vivos. #3# Los estromatolitos son producidos por comunidades de microbios del tipo de las cianobacterias, que crecen formando tapices bajo el agua o en las zonas intermareales. Cuando un exceso de arena u otro material en suspensión queda atrapado sobre los tapices y limita la cantidad de luz solar que llega al tapiz, las bacterias migran hacia arriba y forman una nueva comunidad, encima de la antigua. Con el tiempo, las capas se acumulan y forman grandes estructuras parecidas a rocas. Hay estromatolitos que, hoy en día, todavía están creciendo por la actividad de los microbios, aunque normalmente se encuentran en zonas aisladas biológicamente, donde las bacterias no tienen que competir con otras formas de vida. Janet Siefert, bióloga y estadística de la Rice University, en Houston, Texas, ha estado investigando los estromatolitos de Cuatro Ciénagas, un valle en el corazón del desierto de Chihuahua, en México. El aislamiento del valle lo ha hecho único, desde el punto de vista biológico, ya que la vida ha podido evolucionar de forma independiente a lo largo de millones de años en sus abundantes charcas, lagunas y ciénagas, alimentadas por el agua de manantiales. En esta entrevista con Leslie Mullen, de Astrobiology Magazine, Siefert explica cómo los estromatolitos actuales de Cuatro Ciénagas pueden ayudarnos a aprender más sobre la evolución de la vida primitiva en la Tierra y pueden incluso aportar pistas para encontrar vida en otros mundos.

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Astrobiology Magazine (AM): En Cuatro Ciénagas has estado estudiando los estromatolitos que se están formando en el interior, y alrededor, de los restos de un antiguo océano. #4# Janet Siefert (JS): Hay varias lagunas en el valle y a lo largo de sus orillas existen varios tipos de estromatolitos. Según los geólogos, hay un gran acuífero bajo el valle y el material del suelo actúa como una esponja, absorbiendo agua de ese océano subterráneo y haciendo que se formen las lagunas. Aunque los estromatolitos parecen estar formados por comunidades bacterianas similares, tienen diferentes morfologías. Bordeando una de las lagunas hay estromatolitos que muestran estructuras en terraza, y en el agua hay otros con aspecto de montículo que parecen cúpulas. Estos últimos tienen una altura de unos 12 metros. También hay estromatolitos pequeños y redondeados, en el sistema fluvial de superficie, que a mi me recuerdan a las barrillas. Ninguno tiene el aspecto estratificado que se ve normalmente en los estromatolitos. AM: Las distintas morfologías, ¿se deben al ambiente en el que se forman, o a que los microbios que forman los estromatolitos son diferentes? JS: Ojalá lo supiéramos. Cuatro Ciénagas es como las islas Galápagos. No hay mucho que entre o salga de la cadena de montañas y, precisamente porque está aislado por los elementos geológicos, es como un laboratorio viviente. Tiene 70 especies de macrofauna que son endémicas de la región y estamos interesados en saber si también hay microfauna endémica. Esta zona era parte del proto-Golfo hace entre 65 y 100 millones de años. A medida que el Golfo de México empezó a formarse, las cadenas montañosas empujaron hacia arriba, atrapando agua marina en lo que ahora es el valle de Cuatro Ciénagas, que está a 700 metros sobre el nivel del mar. Valeria Souza publicó un artículo en PNAS aportando evidencias de que aquella agua antigua todavía está aquí. Analizaron la microfauna en algunos puntos de Cuatro Ciénagas, para estudiar los ARN ribosomales, y para más del 50 por ciento de las especies, los parientes más cercanos eran organismos marinos. También realizamos estudios metagenómicos. En una de las lagunas, la comunidad viral está más relacionada con las comunidades virales marinas que con cualquier comunidad terrestre. #5# AM: Pero, ¿has dicho que no has encontrado las estructuras estratificadas que suelen verse en los estromatolitos antiguos, o en los estromatolitos marinos de Shark´s Bay, en Australia? JS: No. La palabra estromatolito significa, literalmente, lecho estratificado de piedra, y de hecho hay un cierto patrón de estratificación muy fino en algunos estromatolitos de Cuatro Ciénagas. Pero si arrancaras un fragmento, verías que se parece más a una esponja. Creo que es porque no hay un depósito estacional de sedimentos que vaya fijando y creando las capas. Cuando vi estos estromatolitos pensé que, si fosilizaran, no tendrían un aspecto tan espectacular como los estromatolitos fósiles de Australia. AM: Y has estado estudiando qué es lo que hace que los estromatolitos se conviertan en piedra, se litifiquen. JS: Si averiguamos cuales son los parámetros físicos necesarios para que los tapices microbianos modernos se litifiquen, podremos empezar a hacernos una idea de cómo pudo haber ocurrido en el pasado. Este es el contexto astrobiológico: entender cómo se produce la litificación de los estromatolitos modernos es importante para entender aspectos de la historia de la Tierra primitiva. Probablemente, no había cianobacterias produciendo oxígeno hace 3500 millones de años, así que ¿cuáles eran las condiciones energéticas entonces? ¿Cómo era la atmósfera? ¿Qué tipo de procesos químicos se daban en el agua para que se produjeran aquellos robustos estromatolitos? Los estromatolitos han estado litificándose desde hace 3 500 millones de años, así que deben haberse desarrollado muy deprisa. Para descubrir cómo ocurrió, lo único que podemos hacer es estudiar lo que tenemos ahora, que es aeróbico en su mayoría. #6# Se pueden encontrar estromatolitos en puntos calientes como Yellowstone, o en Shark´s Bay, donde hay un ambiente extremadamente salino. Es más raro encontrar estromatolitos en ambientes fríos de agua dulce. El agua en Cuatro Ciénagas está a una temperatura templada en muchas de las lagunas, como para bañarse. Es calentada desde las profundidades del subsuelo pero no llega a estar tan caliente como en Yellowstone. Y ciertamente no es salina, como el agua de Shark’s Bay. El Green Lake, un lago de agua dulce y fría en Nueva York, tiene estromatolitos. El único ejemplo que he encontrado de estromatolitos en un ambiente anaeróbico está en una explotación minera de oro en Nueva Zelanda. Por tanto, ahora sólo hay unos pocos sitios donde están ocurriendo aquellos mismos procesos antiguos de litificación, permitiendo que nos acerquemos a lo que la Tierra primitiva pudo haber sido. AM: Pensamos que en la Tierra primitiva sólo había bacterias anaerobias y que su ambiente era muy diferente del actual. ¿Realmente crees que puedes usar ejemplos actuales para responder a preguntas sobre la Tierra primitiva? JS: Nunca seremos capaces de responderlas completamente estudiando ejemplos modernos. Pero podríamos hacer extrapolaciones a un sistema anaeróbico si consiguiéramos averiguar la dinámica energética elemental que hace falta, cuanta biomasa tendría que producirse y sobre qué periodo de tiempo, y que clase de aporte de fósforo sería necesario. Es decir, tendríamos que averiguar cuales son los parámetros básicos requeridos para que se formaran estromatolitos que pudieran litificarse. ¿Cómo de compleja tendría que ser la comunidad microbiana para que la litificación ocurriera? Tal vez no haría falta que fuese muy compleja. Sin embargo, estamos encontrando que para que ocurra la litificación de los estromatolitos modernos hace falta una considerable complejidad. La litificación de hoy en día es debida al metabolismo: las cianobacterias producen oxígeno y cambian el pH en las proximidades del tapiz microbiano, haciendo que el carbonato cálcico que hay disuelto en el agua precipite sobre el tapiz. Otra forma en la que se produce litificación es mediante la producción, por parte del tapiz, de lo que llamamos una “sustancia exopolimérica”, que atrapa los sedimentos. Cualquiera de los dos procesos puede hacer que un estromatolito se convierta en piedra. También puede haber una mezcla de los dos procesos. #7# Estamos intentando entender cuales son los procesos responsables de la litificación en Cuatro Ciénagas. Eso también puede ayudar a explicar algunas de las diferencias morfológicas que encontramos. Por ejemplo, hay estromatolitos que ahora mismo se están litificando y lo están haciendo porque la química del agua está cambiando. El sistema fluvial está empezando a secarse o bien está cambiando su curso, por lo que ahora discurre por otro sitio en el que hay más posibilidades de evaporación. Ser capaces de catalogar lo que está ocurriendo, es decir, determinar qué cambios ocurren en la química del agua y en la población de cianobacterias, nos ayudará a entender como ocurre la litificación. También tenemos varias maneras de manipularlos. Podemos poner pequeños fragmentos de estromatolito en recipientes y añadir fósforo, o hacer cualquier otra cosa para cambiar su ecología, y comparar su dinámica con la de las comunidades de estromatolitos del valle. Cuando empecé, pensaba que la litificación no podía ser un proceso muy sofisticado. Pero resulta que es un sistema complejo, porque ocurre bien como consecuencia del metabolismo, o por la producción de la sustancia exopolimérica. AM: ¿La sustancia exopolimérica es algo plástico, parecido al kerógeno? JS: No. No es moco, pero es pegajosa. Es increíble, porque establece conexiones entre los organismos. Ese material facilita montones de cosas, como la transmisión de señales entre células y la transferencia horizontal de genes. Crea un sistema de comunicaciones fuera de las células. Si obtenemos suficiente información sobre cómo funcionan estos tapices fotosintéticos modernos, tal vez podamos hacer extrapolaciones sobre el funcionamiento de las formas primitivas. Frances Westall mantiene que las sustancias expoliméricas se conservan en estromatolitos que tienen 3 000 millones de años o más. #8# AM: Si la litificación requiere un cierto nivel de complejidad, ¿quiere decir eso que existen muchas limitaciones a la hora de usar fósiles para reconstruir el origen de la vida? JS: Reconstruir el origen de la vida es difícil porque es muy diferente de la vida que existe ahora. Desde nuestra atmósfera aeróbica y nuestro medio ambiente, es complicado formular cómo pudo haber sido la Tierra primitiva. Mi trabajo solía centrarse en estudiar secuencias de genes para luego intentar extrapolar el metabolismo de los microbios primitivos. Pero nunca será posible asumir que un metabolismo moderno estaba también presente en un organismo muy antiguo. AM: He oído de algunos trabajos en los que se intentó aislar organismos a partir de estromatolitos antiguos, pero no tuvieron mucha suerte. JS: Tenemos problemas incluso para aislar organismos a partir de estromatolitos modernos, porque están formados por comunidades. Estas cosas han estado viviendo juntas por mucho tiempo y no quieren ser separadas de sus compañeras. Nos habría gustado aislar algunas de las cianobacterias de las muestras de Cuatro Ciénagas, pero es verdaderamente difícil conseguir cultivos puros a partir de los estromatolitos. AM: Es sorprendente que hayan podido existir comunidades microbianas tan complejas hace 3500 millones de años, cuando pensamos que la vida surgió hace tan sólo 3800 millones de años. JS: ¿No es impresionante? Cuando estudio los datos moleculares e intento dar marcha atrás en el tiempo, la conclusión es que todo parece complejo muy pronto. La fotosíntesis oxigénica es bastante compleja pero, incluso si nos olvidamos de eso, ¡la metanogénesis es compleja! No parece haber ningún ejemplo de algo que se organizara mediante pasos secuenciales a partir de algo verdaderamente primitivo. He trabajado con Jim Kasting para modelar cómo la producción de suficientes gases responsables del efecto invernadero pudo contrarrestar la débil radiación de un Sol joven, y suelo bromear con él diciendo que ese sería un “mundo de metanógenos”. Pero incluso eso no tiene sentido para mí, porque no hay muchos lugares en la Tierra en los que existan cultivos puros de un solo organismo. La cosa no funciona así. Siempre hay una comunidad que interacciona intensamente. #9# Abigal Allwood ha descubierto recientemente en Australia una sección de 10 kilómetros de un sistema microbiano de arrecifes de alrededor de 3500 millones de años de antigüedad. Eso no es un pequeño oasis aislado, la vida se organizaba en comunidades incluso entonces. Tal vez este descubrimiento apoye la idea de que cuando surgió la vida lo hizo en forma de comunidades de células. Hay algunos problemas con esa propuesta pero lo cierto es que, considerando los ejemplos más antiguos que podemos encontrar, la vida es compleja y sofisticada desde sus comienzos. Además de para entender cómo era la vida primitiva en la Tierra, nuestros estudios podrían aportar algunas pistas para encontrar vida en otros planetas. En cualquier lugar en que haya un planeta en la zona habitable, la vida estará utilizando los mismos mecanismos elementales que tenemos en la Tierra. Por ejemplo, el fósforo es un estupendo transportador de energía y el carbono hace un montón de cosas útiles. La litificación simplemente se basa en la química; pones las cosas apropiadas en el agua y la litificación ocurre. Pero, ¿hay suficiente calcio y carbonatos o silicatos para que ocurra? Si un planeta tiene los ingredientes necesarios, probablemente será posible encontrar procesos parecidos a los que ocurren en la Tierra.