La recreación de la antigua agua de mar da pistas sobre qué minerales existían en aquel momento
Los científicos saben muy poco sobre las condiciones en el océano cuando la vida evolucionó por primera vez, pero una nueva investigación ha revelado cómo controlaban los procesos geológicos qué nutrientes estaban disponibles para impulsar su desarrollo.
Toda la vida utiliza nutrientes como el zinc y el cobre para formar proteínas. Las formas de vida más antiguas evolucionaron en el Eón Arcaico, tres mil quinientos millones de años antes de que aparecieran por primera vez los dinosaurios.
Estos microbios mostraron preferencia por metales como el molibdeno y el manganeso en comparación con sus homólogos más recientes. Se cree que esta preferencia refleja la disponibilidad de metales en el océano en ese momento.
Investigadores de la Universidad de Ciudad del Cabo (UCT) y la Universidad de Oxford recrearon en el laboratorio antigua agua de mar. Descubrieron que la greenalita, un mineral común en las rocas arcaicas, se forma rápidamente y en el proceso elimina zinc, cobre y vanadio.
A medida que la greenalita se formó en los océanos primitivos, estos metales se habrían eliminado del agua de mar, dejándola rica en otros metales, como manganeso, molibdeno y cadmio. Curiosamente, los metales que predicen que habrían sido más abundantes en el agua del mar Arcaica coinciden con los elegidos por las primeras formas de vida, lo que explica por qué fueron favorecidas durante la evolución temprana.
"Nos emocionamos mucho cuando observamos que nuestros resultados coinciden con las predicciones de biólogos que utilizan un enfoque completamente diferente. Siempre es reconfortante cuando especialistas en otros campos hacen hallazgos similares", dijo la investigadora principal, la Dra. Rosalie Tostevindijo la investigadora principal, la Dra. Rosalie Tostevin (Universidad de Oxford en el momento del estudio, ahora profesora titular del Departamento de Ciencias Geológicas de la UCT).
Los científicos coinciden en que el agua del mar Arcaica era muy diferente a la actual, con más hierro y sílice disueltos y poco o nada de oxígeno. Sin embargo, hay poco acuerdo sobre otros aspectos de la química del agua de mar, como la concentración de nutrientes.
Imagen: Representación esquemática del ciclo de trazas de metales durante la precipitación, diagénesis y entierro de greenalita.
"No podemos retroceder en el tiempo para tomar muestras de agua de mar y analizarla, por lo que es todo un desafío reconstruir las condiciones arcaicas. Un enfoque consiste en observar la composición química de las rocas sedimentarias, pero en ocasiones se ha alterado la química de rocas muy antiguas. En su lugar, decidimos crear en el laboratorio una versión en miniatura del agua de mar antigua, donde pudiéramos observar directamente lo que estaba sucediendo", dijo Tostevin.
Tostevin y su colega Imad Ahmed recrearon agua de mar Arcaica dentro de una cámara especial sin oxígeno y observaron cómo comenzaba a formarse la greenalita.
Observaron dramáticos cambios en las concentraciones de metales en el agua de mar a medida que se formaban los minerales. Utilizaron espectroscopía de absorción de rayos X en el sincrotrón Diamond Light Source para demostrar que los metales estaban entrando en los minerales. Por el contrario, otros metales no se vieron afectados por este proceso y permanecieron en elevados niveles en el agua de mar.
Imagen derecha: Recreación de antigua agua de mar en el laboratorio.
Tostevin dijo: "Sabemos que la greenalita era importante en la Tierra primitiva porque la seguimos encontrando en rocas antiguas, como el mineral de hierro en el Cabo Norte, Sudáfrica, y rocas similares en Australia. Creemos que este puede haber sido uno de los minerales más importantes del Arcaico. Pero no sabemos exactamente cómo se formó la greenalita en la naturaleza. Una posibilidad es que la greenalita se haya formado en las profundidades del océano en respiraderos hidrotermales. Pero también podría haberse formado en aguas poco profundas, donde hubo un pequeño cambio en el pH".
Tostevin y Ahmed decidieron realizar sus experimentos en ambos tipos de condiciones y descubrieron que, independientemente de cómo se forme la greenalita, elimina los metales de manera similar.
Una cuestión que preocupaba a los investigadores era si los metales permanecerían encerrados durante mucho tiempo o serían liberados de nuevo al agua de mar después de varios meses o años. Para probar esto, calentaron los minerales para emular lo que sucede en la naturaleza cuando se entierran y se cristalizan. Los metales permanecieron atrapados en el mineral, lo que sugiere que se trataba de un sumidero permanente de metales que habría impactado profundamente el agua de mar primitiva.
La investigación se ha publicada en Nature Geoscience: Micronutrient availability in Precambrian oceans controlled by greenalite formation
