¿Vida exótica “respirando” arsénico en vez de oxígeno?

Gran parte de la vida en el planeta Tierra hoy en día depende del oxígeno para existir, pero antes de que el oxígeno estuviera presente en nuestro planeta, las formas de vida quizá utilizaban arsénico en vez de oxígeno, según las conclusiones a las que se ha llegado en una investigación reciente, realizada por el equipo de Pieter Visscher, de la Universidad de Connecticut en Estados Unidos.

Un componente clave del ciclo del oxígeno está en el paso que dan las plantas y algunos tipos de bacterias cuando, a grandes rasgos, toman la luz solar, el agua y el dióxido de carbono (CO2) y los convierten en carbohidratos y oxígeno que luego son reciclados y utilizados por otros organismos que respiran oxígeno. Este oxígeno sirve como vehículo para los electrones, que son recibidos o donados a medida que el organismo se alimenta a través de los procesos metabólicos. Sin embargo, durante una importante parte del tiempo durante el cual ha existido vida en la Tierra, no hubo oxígeno en el ambiente donde esta subsistía y se desconoce casi todo sobre el funcionamiento de aquellos ecosistemas del pasado remoto.

En el registro fósil, los vestigios más antiguos de organismos fotosintéticos (que aprovechan la luz) datan de hace unos 3.700 millones de años. Existen ejemplos contemporáneos de microbios que realizan la fotosíntesis en ausencia de oxígeno utilizando diversos elementos para completar el proceso; sin embargo, no está claro cómo ocurrió esto en las primeras formas de vida.

Las teorías sobre cómo funcionaban en aquellos tiempos remotos los procesos de la vida sin la presencia del oxígeno se han basado principalmente en el hidrógeno, el azufre o el hierro como elementos capaces de permitir el transporte de electrones para satisfacer las necesidades metabólicas de los organismos.

Recreación artística de microorganismos exóticos “respirando” arsénico en vez de oxígeno. (Imagen: Amazings / NCYT)

Visscher argumenta que estas teorías tienen puntos débiles. Por ejemplo, la fotosíntesis es posible con el hierro pero los científicos no han encontrado en el registro fósil evidencias concluyentes de la presencia de hierro en la superficie terrestre o cerca de ella antes de que el oxígeno apareciera hace unos 2.400 millones de años. El hidrógeno ha sido propuesto también, pero Visscher argumenta que diversas cuestiones energéticas y de competencia por el hidrógeno entre diferentes microbios indican que es altamente inviable.

El arsénico es otra posibilidad teórica, y la primera evidencia a favor de ella fue hallada en 2008. El vínculo con el arsénico se fortaleció en 2014 cuando Visscher y sus colegas encontraron evidencia de la fotosíntesis basada en el arsénico en un pasado remoto. Para validar mejor esta teoría, los investigadores necesitaban encontrar un análogo moderno en el que estudiar los detalles principales de la fotosíntesis basada en el arsénico así como los de la biogeoquímica implicada.

Encontrar un análogo actual a las condiciones de la Tierra temprana es un desafío por varias razones, incluyendo la de que el oxígeno es abundante en la Tierra moderna. Por ejemplo, hay evidencias de que algunos microbios capturaban el carbono atmosférico y producían materia orgánica en una época del pasado remoto en que las erupciones volcánicas eran frecuentes, la luz ultravioleta resultaba peligrosamente intensa en ausencia de la capa de ozono y los océanos albergaban esencialmente una sopa tóxica.

Otro aspecto desafiante de buscar pistas en secciones tan antiguas del registro fósil es que quedan pocos vestigios de actividad microbiana de aquellos tiempos debido a la renovación gradual que van experimentando la mayor parte de terrenos terrestres. Esa renovación, ejercida por la erosión, el vulcanismo, el movimiento de los continentes y otros procesos, acaba borrando las huellas de la antigua actividad microbiana. Sin embargo, se produjo un gran avance cuando el equipo descubrió una “estera” microbiana activa. Una estera microbiana es, explicado de modo simplificado, una superficie que ha sido colonizada y modificada por microbios. La estera examinada por el equipo resiste las duras condiciones reinantes en la laguna La Brava, ubicada en el desierto de Atacama en Chile.

La estera microbiana examinada en el estudio y otras similares del mismo lugar no habían sido estudiadas previamente. Las condiciones ambientales que soportan son parecidas a las que reinaban en la Tierra temprana. Las esteras microbianas se encuentran en un entorno único que las deja en un estado permanente libre de oxígeno y a gran altitud, donde están expuestas a las salvajes oscilaciones diarias de temperatura y una alta radiación ultravioleta.

El equipo de Visscher comenzó su trabajo de campo en un río de color rojo sangre en Chile. El rojo se debe a sedimentos de ese color, ricos en bacterias fotosintéticas que no necesitan oxígeno para su actividad. El agua, que fluye muy rápidamente sobre las esteras, carece de oxígeno. Contiene sulfuro de hidrógeno que es de origen volcánico. También hay un nivel muy alto de arsénico.

Visscher y sus colegas comprobaron la formación de depósitos de carbonato a partir de la actividad de las esteras microbianas y el inicio de un proceso que culmina con la generación de estromatolitos. Estos son esencialmente un tipo especial de roca sedimentaria cuyos rasgos son determinados en parte por la acción de comunidades microbianas; en pocas palabras son esteras microbianas fosilizadas. Los materiales de carbonato también mostraron evidencia del ciclo del arsénico, o sea de que el arsénico está sirviendo como vehículo para los electrones. Esto demuestra que los microbios están metabolizando activamente el arsénico de manera muy similar a como se metaboliza oxígeno en los sistemas modernos. Visscher cree que estos hallazgos, junto con la evidencia fósil respaldan con gran firmeza la existencia de fotosíntesis basada en el arsénico en la Tierra temprana.

Visscher señala que una importante herramienta que usaron para realizar esta investigación es similar a la que se encuentra a bordo del robot explorador Mars Perseverance, actualmente en ruta hacia Marte. Se considera que si hubo vida en Marte, una pista obvia para identificar huellas de la misma podría venir de la mano del hierro. En opinión de Visscher, también podría venir de la mano del arsénico. (Fuente: NCYT de Amazings)