Podría proporcionar nuevos conocimientos sobre el desarrollo temprano de la vida en la Tierra
Por primera vez en la historia, los investigadores han podido estudiar la forma de los microorganismos desde los primeros días de la evolución hace unos 1.500 millones de años. Estos microorganismos son de una excepcional importancia para nuestra comprensión del desarrollo de la vida temprana.
Investigadores de la Technische Universität Berlin, la Academia Nacional de Ciencias de Ucrania, el Museo de Historia Natural de Berlín y el Museo Nacional de Historia Natural de Luxemburgo han descubierto los microfósiles tridimensionales más antiguos de la Tierra hasta la fecha en minerales de la mina de cuarzo Volyn, cerca de la ciudad de Zhytomyr (Ucrania).
Su forma original fue preservada por una capa de silicato de aluminio del grosor de un micrómetro, que solo podía formarse como resultado de un conjunto especial de circunstancias geológicas. La mayor parte de la evidencia previa de microorganismos precámbricos se basó en métodos indirectos como huellas características en la roca o la detección de productos de degradación biológica.
"Es fascinante que aquí, por primera vez, podamos estudiar los fósiles de microorganismos primordiales bajo un microscopio electrónico de barrido. De hecho, buscábamos estudiar el berilo y el topacio de la mina. Lo que hemos encontrado ahora es mucho más valioso que cualquier piedra preciosa", explica el profesor emérito Dr. Gerhard Franz del Instituto de Geociencias Aplicadas de la Universidad Técnica de Berlín.
Esto se debe a que los hallazgos son los primeros microorganismos fosilizados que se remontan a lo que se conoce como los "aburridos mil millones", los primeros mil millones de años aparentemente sin incidentes antes de la Revolución Precámbrica.
"Sólo entonces, hace unos 600 millones de años, la evolución produjo esqueletos hechos de carbonato o fosfato de calcio; surgieron invertebrados como almejas, corales o caracoles, y luego vertebrados con columna vertebral. Los fósiles reales con esqueletos conservables solo se hicieron posibles como resultado de esta biomineralización".
Debido a que hace más de 600 millones de años los organismos vivos no tenían esqueletos, en realidad no pudieron conservar su forma, razón por la cual se sabe muy poco sobre este período. Fue principalmente solo en rocas sedimentarias, es decir, antiguos depósitos en los fondos marinos, donde se conservaron restos de carbono de los microorganismos, que luego fueron destruidos por millones de años de deformación mecánica. Y es solo porque las formas de vida prefieren el isótopo de carbono más ligero 12C a la variante más pesada 13C que ha sido posible especular que alguna vez fue material biológico.
Solo recientemente los investigadores encontraron por primera vez compuestos biológicos como el colesterol en rocas en Australia, que tienen 1.500 millones de años y que sugieren directamente formas de vida primordiales. En otras rocas, los primeros microorganismos sólo han dejado tenues huellas, de las que es difícil discernir su forma.
Imagen derecha: Imágenes de microscopio electrónico de barrido de organismos filamentosos. Crédito: Technische Universität Berlín
Las primeras imágenes de los microorganismos primordiales: Filamentos, esferas y tentáculos
"Lo que estamos viendo ahora bajo nuestro microscopio electrónico son principalmente estructuras fibrosas. Ya sea filamentos delgados que se ramifican o gruesos que tienen pequeñas protuberancias o abolladuras", explica Franz. El grosor de los objetos varía entre 10 y 200 micrómetros y su longitud es de varios milímetros, a veces con un delgado canal en el medio.
Esto significa que estos microorganismos primordiales también se pueden ver a simple vista. Lo que es particularmente emocionante es que los investigadores también encontraron algunas formas de microorganismos previamente desconocidas. Estos tenían estructuras en forma de caparazón o esféricas o ramas en forma de tentáculos.
Algunos de los organismos fosilizados se parecen a los hongos
"Al analizar los isótopos de carbono 12C y 13C, también pudimos demostrar que nuestros hallazgos alguna vez debieron ser criaturas vivas", explica Franz. La edad de los hallazgos se midió utilizando un método especial de isótopos, que resultó en una edad mínima para los fósiles de 1.500 millones de años. Los investigadores también detectaron la sustancia quitosano en ciertos objetos filamentosos usando espectroscopía infrarroja, así como los elementos bismuto y telurio usando un microscopio electrónico.
"Todo esto apunta a un organismo parecido a un hongo", dice Franz. Sin embargo, eso solo se aplicaría a algunos de los hallazgos, agrega. "A partir de los otros microorganismos fosilizados, al menos podemos suponer que deben haber sido organismos únicos o multicelulares con distintas estructuras celulares". Estos probablemente vivían con los hongos en un ecosistema común.
Imagen derecha: Imágenes de microscopio electrónico de barrido de organismos esféricos. Crédito: Technische Universität Berlín
Vida subterránea preservada por un géiser
La ubicación de los microorganismos primordiales fosilizados en roca de granito en una mina de cuarzo sugiere tanto su forma de vida como las razones de su excepcional estado de conservación.
"Incluso hoy, los microorganismos viven hasta tres kilómetros de profundidad en la corteza terrestre", explica Franz. Viven allí, sin luz solar, de sustancias como fósforo, nitrógeno o dióxido de carbono, algunas de las cuales se disuelven en agua y migran hacia abajo desde arriba a través de fisuras y hendiduras o ya están presentes allí.
Los microorganismos obtienen la energía que necesitan para su metabolismo a partir de procesos químicos sobre los minerales. En las cavernas de granito de la mina de cuarzo Volyn, tales colonias de microorganismos aparentemente ya estaban presentes cerca de la superficie de la Tierra hace 1.500 millones de años. Y debido a que el granito contiene mucho flúor, se formó bajo tierra ácido fluorhídrico fuertemente corrosivo en interacción con el agua y el calor, que disolvió una gran cantidad de aluminio y silicio.
Como un géiser, esta solución se disparaba en las cavernas de vez en cuando, cubriendo los microorganismos con una capa de silicato de aluminio del grosor de un micrómetro. "Por supuesto, los microorganismos murieron como resultado, pero también se conservaron perfectamente", dice Franz.
La historia de los hallazgos
"Como suele ser el caso en la ciencia, la historia de nuestro hallazgo debe mucho a la coincidencia", informa. "La principal razón por la que mi predecesor, el profesor Klaus Langer, inició la cooperación con Ucrania en los días de la perestroika fue para apoyar a los investigadores en la aún joven e independiente Ucrania. Los interesantes hallazgos de piedras preciosas en la mina de cuarzo Volyn fueron una agradable sorpresa para el grupo de trabajo".
Cuando años más tarde Franz comenzó como el nuevo director de la cátedra académica, un día detectó algunas fibras extrañas en los berilos al examinarlos bajo un microscopio electrónico. A lo largo de los años, y con la ayuda de muestras de rocas de diferentes museos, así fue como se puso en marcha el descubrimiento.
"Sin embargo, hoy estamos solo al principio. Investigaciones adicionales y posiblemente nuevos hallazgos podrán decirnos aún más sobre los microorganismos primordiales, especialmente sobre formas previamente desconocidas en los continentes, y no solo en el mar", dice Franz.
Esto podría proporcionar nuevos conocimientos sobre el desarrollo temprano de la vida en la Tierra, pero quizás también sobre el desarrollo de la vida en condiciones extremas en otros planetas.
Los hallazgos se publican en la revista Biogeosciences: The Volyn biota (Ukraine)—indications of 1.5 Gyr old eukaryotes in 3D preservation, a spotlight on the "boring billion"
