Interpretación artística de la brumosa atmósfera de la Tierra Arcaica: una mancha de color naranja pálido. Crédito: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA/Francis Reddy
Los científicos examinan la influencia generalizada de los microbios en la historia de la Tierra, rastreando su influencia a través de evidencia isotópica y genética.
El estudio destaca el vínculo entre la actividad microbiana y cambios ambientales clave, como los niveles de oxígeno, que son fundamentales para comprender la evolución de la Tierra y evaluar la habitabilidad extraterrestre.
Comprender los fósiles microbianos
La primera vida en la Tierra fue un microbio. La mayor parte de la biomasa actual de nuestro planeta todavía está formada por pequeños microorganismos unicelulares. A pesar de su abundancia, la historia de los microbios es un desafío de estudio para los astrónomos. Los microbios no dejan huesos, caparazones ni otros fósiles grandes como los dinosaurios, los peces u otras criaturas grandes. Debido a esto, los científicos deben observar diferentes líneas de evidencia para comprender la evolución de la vida microbiana a través del tiempo.
Las rocas a orillas del lago Salda en Turquía se formaron con el tiempo por microbios que retienen minerales en el agua. Estos microbios alguna vez fueron la forma de vida más importante en la Tierra. Crédito: NASA/JPL-Caltech
Para estudiar microbios antiguos en la Tierra, los astrónomos buscan huellas isotópicas en rocas que puedan usarse para identificar el metabolismo de comunidades antiguas. El metabolismo se refiere a la conversión de alimentos en energía y ocurre en todos los seres vivos. Muchos elementos (carbono (C), nitrógeno (N), azufre (S), hierro (Fe)) participan en el metabolismo microbiano. A medida que los microbios procesan estos elementos, provocan cambios isotópicos que los científicos pueden detectar en el registro de las rocas. Los microbios ayudan a controlar cómo estos elementos se depositan y circulan en el medio ambiente, afectando la geología y la química a escalas local y global (considere el papel de los microbios en el ciclo del carbono en la Tierra hoy).
Conocimientos genéticos y geológicos.
Otra forma de estudiar la vida microbiana antigua es mirar hacia atrás a lo largo de las líneas evolutivas contenidas en la genética de la vida actual. La combinación de esta información genética de la biología molecular con información geobiológica del registro de rocas ayudará a los astrónomos a comprender la conexión entre la evolución compartida de la Tierra primitiva y la vida temprana.
Como ejemplo de evidencia geológica del metabolismo microbiano, podemos considerar la formación de formaciones en bandas de hierro (BIF) en antiguos fondos marinos. Estas coloridas capas de sedimentos alternos ricos en hierro y silicio se formaron hace entre 3.800 y 1.800 millones de años y están asociadas con algunas de las formaciones rocosas más antiguas de la Tierra. Los colores rojos que exhiben, debido a su alto contenido en hierro, nos muestran que los océanos de la Tierra han sido ricos en hierro durante los 2 mil millones de años desde que se formaron estas rocas.
Muchas estructuras microbianas en las orillas del lago Salda en Turquía permiten a los científicos estudiar las relaciones entre la vida y el medio ambiente circundante a medida que bajan los niveles del agua. Crédito: Tim Lyons/UCR
En el nuevo estudio, el equipo de investigadores proporciona una revisión del conocimiento actual, recopilando información sobre los primeros procesos metabólicos utilizados por la vida microbiana, cuándo evolucionaron estos metabolismos y cómo estos procesos se relacionan con los principales cambios químicos y físicos en la Tierra, como la oxigenación. de los océanos y la atmósfera.
Evolución y efectos del oxígeno.
Con el tiempo, la distribución del oxígeno terrestre en el océano, la atmósfera y la tierra ha cambiado drásticamente. Estos cambios afectaron la evolución de la biosfera y el medio ambiente. Por ejemplo, la actividad de los organismos fotosintéticos aumenta el nivel de oxígeno en la atmósfera, creando un nuevo entorno para que habite la vida microbiana. Varios nutrientes se hicieron accesibles a la vida para impulsar el crecimiento. Al mismo tiempo, los microbios que no podían sobrevivir en presencia de oxígeno tuvieron que encontrar una manera de adaptarse, morir o sobrevivir en ambientes anóxicos como los que se encuentran en las profundidades de la superficie de la Tierra.
Una fotografía de un estromatolito fosilizado en Australia. Estas estructuras primitivas se formaron por la actividad de microorganismos que vivían en colonias en capas en forma de esteras. Crédito: NASA/Mike Toillion
El nuevo estudio amplía nuestra comprensión de cómo los niveles de oxígeno han cambiado a lo largo del tiempo y las escalas espaciales. Los autores mapean diferentes tipos de metabolismo microbiano, p.
» data-gt-translate-attributes=»({«attribute»:»data-cmtooltip», «format»:»html»})» tabindex=»0″ role=»link»>Fotosíntesis, a esta historia para comprender mejor la «relación causa-efecto» entre el oxígeno y la evolución de la vida en la Tierra. El artículo proporciona un contexto importante para cambios importantes en el curso evolutivo de la biosfera y el planeta.
Ciclos bioquímicos e implicaciones evolutivas.
Al considerar cuidadosamente la historia de los diferentes tipos de metabolismo microbiano en la Tierra, el artículo de revisión muestra cómo los ciclos biogeoquímicos en nuestro planeta están inextricablemente vinculados a escalas local y global. Los autores analizan lagunas importantes en nuestro conocimiento que limitan las definiciones. Por ejemplo, no sabemos qué tan grande era la joven biosfera de la Tierra, lo que limita nuestra capacidad para estimar los efectos globales de diversos procesos metabólicos en los primeros años de la Tierra.
De manera similar, cuando se utiliza información genética para mirar hacia atrás a lo largo del árbol de la vida, los científicos pueden estimar cuándo aparecieron por primera vez ciertos genes (y qué funciones metabólicas podrían haberse utilizado en las células vivas en ese momento). Sin embargo, la evolución de un nuevo tipo de metabolismo en un momento de la historia no significa que ese metabolismo fuera común o que tuviera un impacto lo suficientemente grande en el medio ambiente como para dejar evidencia en el registro de las rocas.
Esta es una descripción del exoplaneta WASP-39 b, también conocido como Bocaprins. El telescopio espacial James Webb de la NASA proporcionó el análisis más detallado de las atmósferas de exoplanetas con el análisis WASP-39 b publicado en noviembre de 2022. El espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec) de Webb mostró evidencia inequívoca de dióxido de carbono en la atmósfera, mientras que observaciones anteriores realizadas por los telescopios espaciales Hubble y Spitzer de la NASA, así como otros telescopios, indicaron la presencia de vapor de agua, sodio y potasio. El planeta probablemente tenga nubes y algún tipo de clima, pero puede que no tenga bandas atmosféricas como Júpiter y Saturno. Esta descripción se basa en observaciones de tránsito indirectas realizadas desde la Web y otros telescopios espaciales y terrestres. La web no captó una imagen directa de este planeta. Crédito: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)
Conclusión e implicaciones para la vida extraterrestre.
Según los autores, «la historia de la vida microbiana ha seguido el ritmo de la historia de los océanos, la tierra y la atmósfera, y nuestra comprensión está limitada por lo mucho que aún no sabemos sobre el medio ambiente de la Tierra primitiva».
El estudio tiene implicaciones de gran alcance para la búsqueda de vida más allá de la Tierra. Comprender la coevolución de la vida y el medio ambiente ayuda a los científicos a comprender mejor las condiciones necesarias para que un planeta sea habitable. Las interconexiones entre la vida y el medio ambiente proporcionan pistas importantes en la búsqueda de gases con firma biológica en las atmósferas de planetas que orbitan estrellas distantes.
Para obtener más información sobre esta investigación, consulte Nuevos conocimientos sobre los primeros organismos de la Tierra podrían cambiar la forma en que buscamos vida extraterrestre.
Referencia: Timothy W. Lyons, Christopher J. Tino, Gregorio P. Fournier, RicaE. Anderson, William D. Leavitt, Kurt O. Kahnhauser y Eva E. «Los primeros entornos y la coevolución de la vida microbiana» por Steiken, 29 de mayo de 2024, Naturaleza Comentarios Microbiología.
DOI: 10.1038/s41579-024-01044-y
