El limo actúa como una cinta transportadora que se dirige hacia las profundidades
Hace miles de millones de años, la Tierra albergaba ambientes extremos, incluida una intensa radiación ultravioleta, frecuentes erupciones volcánicas y concentraciones muy altas de dióxido de carbono en la atmósfera. Sin embargo, en estas condiciones se formaron biopelículas y, dentro de estas densas y viscosas condiciones, sucedieron cosas emocionantes.
El profesor Pieter Visscher, del Departamento de Ciencias de la Tierra y del Departamento de Ciencias Marinas de la Universidad de Connecticut, tiene varios artículos recientes que exploran esas apasionantes cosas, incluida la evolución de nuestros primeros ancestros y los procesos que hicieron posible la vida en el planeta Tierra.
Visscher dice que estos hallazgos enfatizan nuestra necesidad de repensar cómo vemos la evolución de la vida en la Tierra, porque el limo jugó, y sigue jugando, un enorme papel.
Las biopelículas son comunidades de microorganismos, como bacterias, pero también otros como protistas y virus. Son el hogar de las formas de vida más antiguas de la Tierra, y Visscher dice que han cambiado un poco con el tiempo, pero es muy probable que todavía hoy estén construidas igual que hace tres mil quinientos millones de años.
Los microorganismos dentro de la comunidad desempeñan todos funciones diferentes; por ejemplo, las biopelículas modernas están compuestas de largos filamentos, similares a cables, de algas verdeazuladas, también conocidas como cianobacterias, que brindan al biofilm soporte estructural, pero también secretan la sustancia exopolimérica (EPS) que le da a la película una estructura de panal y sus cualidades viscosas.
El limo es fundamental, explica Visscher, porque ayuda a las biopelículas a secuestrar elementos como calcio, magnesio e incluso cadmio y arsénicoarsénico. Este proceso es el que permite que las biopelículas formen las características capas de cemento de estas estructuras creadas por microbios, llamadas microbialitos.
A medida que los microbialitos van acumulando más capas con el tiempo, se van depositando en el registro fósil en estructuras llamadas estromatolitos. Se han encontrado pruebas de estas antiguas biopelículas en lugares como Pilbara, en Australia, y Barberton, en Sudáfrica.
De estos existen análogos modernos (vivos) en Shark Bay, Australia; Highborne Cay, Bahamas; Fayetteville Green Lakes, en Nueva York; y el desierto de Atacama, en Chile. Visscher realiza muchos de sus estudios de investigación en estos sitios, analizando biopelículas frescas y fosilizadas.
Imagen: Las capas viscosas de las biopelículas contienen organismos que pueden secuestrar elementos como el calcio, lo que les da una característica capa similar al cemento.
"La matriz limosa juega un importante papel en la formación de estos minerales", dice Visscher.
Para investigar la importancia de las biopelículas para el ciclo global del carbono, Visscher y sus colegas estudiaron los "eventos de blanqueamiento", que ocurren en el océano y los lagos cuando se producen cantidades masivas de carbonato de calcio. Estudiaron no solo la columna de agua sino también los sedimentos.
Descubrieron que los procesos más importantes para la precipitación de los minerales carbonatados tienen lugar en los sedimentos, no en la columna de agua.
"Estos eventos son importantes en el ciclo global del carbono porque ese carbonato de calcio se hunde y eventualmente gran parte termina enterrado en el fondo. Así es como nuestro planeta se volvió más habitable, porque ese proceso fue importante para eliminar ese carbono de la atmósfera", dice Visscher.
"Pero lo que descubrimos es que el fitoplancton, y muchas de ellas son cianobacterias, en el agua también producen limo, pero no necesariamente producen minerales de carbonato. En cambio, su limo actúa como una esponja para el carbonato de calcio y luego se hunde hasta el fondo".
"El limo secuestra una gran cantidad de calcio y actúa como una cinta transportadora que se dirige hacia las profundidades. Vemos en sedimentos de entre 2.000 y 3.000 años que los microbios sedimentarios siguen precipitando minerales de carbonato de forma activa. Este proceso ha determinado y sigue determinando nuestro clima durante cuatro mil millones de años".
Visscher dice que estos hallazgos sobre el papel de las biopelículas muestran que debemos pensar en el ciclo del carbono a largo plazo de manera diferente. También aportan pistas sobre la evolución de nuestros primeros antepasados. Los organismos, como los humanos, cuyas células contienen un núcleo se denominan eucariotas, y nuestros primeros antepasados eucariotas pueden haberse desarrollado gracias al limo.
Imagen derecha: Evolución temporal modelada de la calcita cristalina. Crédito: Communications Earth & Environment (2024). DOI: 10.1038/s43247-024-01709-9
"Nuestras conclusiones nos dan una pista sobre su evolución: los microbialitos y los estromatolitos son la evidencia más antigua de vida en la Tierra. Siempre se discute si la vida comenzó en fuentes hidrotermales o, como dijo Charles Darwin, en una pequeña piscina templada, tal vez una piscina intermareal o tal vez a partir de géiseres que llenaban un lago. Hay más evidencia de que esto ocurrió en el ambiente del lago y, de hecho, los sistemas que estudiamos en el ambiente moderno aparecen allí en formas muy simplistas".
En estas densas comunidades de biopelículas, donde los organismos están en estrecho contacto entre sí, protegidos de condiciones potencialmente extremas, el ambiente viscoso presenta nuevas oportunidades evolutivas. Visscher y sus colegas decidieron estudiar los microbialitos de agua dulce y marina.
Estos últimos hallazgos se publicaron recientemente en npj Biofilms and Microbiomes y, aunque encontraron que las estructuras eran similares en muchos aspectos, las comunidades eran distintas, lo que puede haber influido en la evolución de manera diferente en esos sistemas.
Para profundizar en este tema, Visscher dice que otro proyecto en el que está trabajando actualmente es la investigación sobre un tipo de arqueas llamadas Lokiarchaeota. Estos organismos se encontraron originalmente cerca de fuentes hidrotermales, pero Visscher y sus colegas comenzaron a buscarlos en las esteras microbianas de Shark Bay, donde encontraron Lokiarchaeota en abundancia.
"La idea es que la Lokiarchaeota y una alfa-proteobacteria juntas crearon la primera célula eucariota, y esta es la historia del origen en la que cada vez más gente cree. Lo importante es encontrarlos tanto en los estromatolitos como en los tapetes microbianos y pensamos en mirar primero los microbialitos modernos".
Visscher dice que en las esteras modernas, encontraron que dentro de la capa de estromatolitos bien organizados, a veces observan lo que se describe como una estructura "coagulada", o trombolitos. Este desordenado aspecto se debe a la presencia de protistos (un tipo de eucariotas) que pasan y se comen a las cianobacterias que les proporcionan estructura. Esto ayuda a reconstruir el rompecabezas evolutivo, dice Visscher.
"La idea es que estos protistas también podrían desempeñar un importante papel como indicadores moleculares en la historia evolutiva. Hasta hace poco, se creía que los trombolitos más antiguos tenían unos 1.900 millones de años. En Australia se encontraron algunos que podrían tener 2.300 millones de años".
Estos hallazgos de Visscher y sus colegas muestran el importante papel que desempeñó el limo en la evolución de la vida en el planeta Tierra. Las biopelículas eran lugares donde se crearon ciertas condiciones que hicieron posible la vida.
Por ejemplo, las biopelículas existían incluso antes del oxígeno, dice Visscher. Antes de que el oxígeno estuviera disponible libremente en la atmósfera, la vida dependía de otros elementos como el hierro o el arsénico para las funciones metabólicas necesarias para la vida. El estudio de las antiguas capas de biopelículas ha permitido a Visscher y otros reconstruir las condiciones de la Tierra primitiva y cómo evolucionó la vida en esos extremos, lo que detallaron en otra reciente publicación en la revista Geobiology.
"Estas biopelículas inventaron el oxígeno y, obviamente, la invención de la fotosíntesis oxigénica es muy importante para nosotros, pero ¿Cómo funcionaban estos procesos antes del oxígeno? En este caso, el arsénico fue muy importante", afirma Visscher. "Si seguimos esto a través del tiempo, podremos obtener alguna evidencia de cómo pudieron haber funcionado estos sistemas".
Aún queda mucho por aprender de las biopelículas, tanto nuevas como antiguas. Sin embargo, una cosa está clara: al estudiar estos sistemas, parece que podemos estar en deuda con el limo, afirma Visscher.
"Estas biopelículas son realmente extraordinarias. Pueden ser el sistema definitivo para estudiar y comprender nuestro planeta".
Los hallazgos fueron publicados recientemente en Communications Earth & Environment: Carbonate mud production in lakes is driven by degradation of microbial substances
