Modernas charcas en la Antártida se revelan repletas de vida similar a la de los primeros organismos multicelulares
Cuando se congeló la Tierra, ¿Dónde se refugió la vida? Científicos del MIT afirman que un refugio pudo haber sido las charcas de hielo derretido que salpicaban la superficie helada del planeta.
En un nuevo estudio los investigadores informan que hace entre 635 y 720 millones de años, durante el período conocido como "Tierra bola de nieve", cuando gran parte del planeta estaba cubierto de hielo, algunos de nuestros antiguos ancestros celulares podrían haber esperado a que las cosas se calmaran en charcas de agua de deshielo.
Los científicos descubrieron que los eucariotas —formas de vida celular complejas que eventualmente evolucionaron hasta convertirse en la diversa vida multicelular que vemos hoy— podrían haber sobrevivido a la congelación global viviendo en charcas de agua poco profundas. Estos pequeños oasis acuáticos podrían haber persistido sobre capas de hielo relativamente superficiales presentes en las regiones ecuatoriales.
Allí, la superficie del hielo podría acumular polvo y escombros de color oscuro provenientes del fondo, lo que aumenta su capacidad de derretirse en charcas. A temperaturas cercanas a los 0 grados Celsius, las charcas de agua de deshielo resultantes podrían haber servido como entornos habitables para ciertas formas de vida complejas tempranas.
El equipo extrajo sus conclusiones basándose en un análisis de las actuales charcas de agua de deshielo. Actualmente, en la Antártida, se pueden encontrar pequeños charcos de hielo derretido a lo largo de los márgenes de las capas de hielo. Las condiciones a lo largo de estas capas de hielo polares son similares a las que probablemente existían a lo largo de las capas de hielo cerca del ecuador durante la Tierra Bola de Nieve.
Los investigadores analizaron muestras de diversas charcas de agua de deshielo ubicadas en la plataforma de hielo McMurdo, en una zona que los miembros de la expedición de Robert Falcon Scott de 1903 describieron por primera vez como "hielo sucio". Los investigadores del MIT descubrieron claros indicios de vida eucariota en cada charca.
Imagen: Los investigadores Ian Hawes, de la Universidad de Waikato, y Marc Schallenberg, de la Universidad de Otago, miden las condiciones fisicoquímicas de una charca de agua de deshielo. Créditos: Roger Summons
Las comunidades de eucariotas variaban de una charca a otra, revelando una sorprendente diversidad de vida en todo el entorno. El equipo también descubrió que la salinidad juega un papel clave en el tipo de vida que puede albergar una charca: las charcas que eran más salobres o saladas tenían comunidades eucariotas más similares, que diferían de las de las charcas con aguas más dulces.
"Hemos demostrado que las charcas de agua de deshielo son candidatas válidas para albergar el refugio de los primeros eucariotas durante estas glaciaciones a escala planetaria", afirma la autora principal, Fatima Husain, estudiante de posgrado del Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias (EAPS) del MIT. "Esto nos demuestra que la diversidad está presente y es posible en este tipo de entornos. Es realmente una historia de resiliencia de la vida".
Inmersión polar
Tierra Bola de Nieve es el término coloquial que designa los períodos de la historia de la Tierra durante los cuales se congeló el planeta. Se utiliza a menudo como referencia a las dos glaciaciones consecutivas de varios millones de años de duración que tuvieron lugar durante el Período Criogénico, al que los geólogos se refieren como el período comprendido entre 635 y 720 millones de años.
Imagen: El detonante de las edades de hielo globales conocidas como “Tierra bola de nieve” puede haber sido la disminución de la luz solar entrante que se produjo rápidamente en términos geológicos.
Si la Tierra era más bien una bola de nieve endurecida o una bola de nieve blanda es aún un tema de debate. Pero los científicos están seguros de una cosa: la mayor parte del planeta se sumió en una profunda congelación, con temperaturas globales promedio de -50 grados Celsius. La pregunta ha sido: ¿Cómo y dónde sobrevivió la vida?
"Nos interesa comprender los fundamentos de la vida compleja en la Tierra. Observamos en el registro fósil evidencia de eucariotas anteriores y posteriores al Criogeniano, pero carecemos en gran medida de evidencia directa de dónde pudieron haber vivido durante ese período", afirma Husain. "La mayor parte de este misterio radica en que sabemos que la vida sobrevivió. Solo intentamos comprender cómo y dónde".
Hay varias ideas sobre dónde podrían haberse refugiado los organismos durante la Tierra Bola de Nieve, incluso en ciertas zonas del océano abierto (si existieron tales entornos), dentro y alrededor de fuentes hidrotermales de aguas profundas y debajo de capas de hielo. Al considerar las charcas de agua de deshielo, Husain y sus colegas plantearon la hipótesis de que en esa época las aguas de deshielo de la superficie del hielo también podrían haber sido capaces de sustentar la vida eucariota temprana.
"Existen muchas hipótesis sobre dónde pudo haber sobrevivido y refugiado la vida durante el Criogeniano, pero no disponemos de análogos excelentes para todas ellas", señala Husain. "Actualmente, existen charcas de agua de deshielo sobre el hielo en la Tierra y son accesibles, lo que nos brinda la oportunidad de estudiar a fondo a los eucariotas que viven en estos entornos".
Imagen: La vida alrededor del paisaje de la charca de agua de deshielo de Bratina. A) Sección de tapete microbiano pustuloso recolectada en New Pond. B) Un montículo de tapetes microbianos relictos. C) Una esponja fósil en la superficie del paisaje sobre el hielo del pináculo. D) Un briozoo fósil. Todas las fotos fueron tomadas por RES en enero de 2018.
Pequeñas charcas, mucha vida
Para su nuevo estudio, los investigadores analizaron muestras tomadas de charcas de agua de deshielo en la Antártida. En 2018, Summons y sus colegas neozelandeses viajaron a una región de la plataforma de hielo McMurdo, en la Antártida Oriental, conocida por albergar pequeñas charcas de hielo derretido, cada una de apenas unos metros de profundidad y unos pocos metros de ancho.
Allí, el agua se congela hasta el fondo del mar, atrapando en el proceso sedimentos de color oscuro y organismos marinos. La pérdida de hielo de la superficie provocada por el viento crea una especie de cinta transportadora que con el tiempo lleva a la superficie estos restos atrapados, donde absorben el calor del sol, lo que hace que el hielo se derrita, mientras que el hielo circundante libre de restos refleja la luz solar entrante, lo que resulta en la formación de charcas de agua de deshielo poco profundas.
El fondo de cada charca está recubierto de esteras de microbios que se han acumulado a lo largo de los años para formar capas de pegajosas comunidades celulares.
"Estas esteras pueden tener varios centímetros de grosor, ser coloridas y presentar una estructura en capas muy clara", afirma Husain.
Estas esteras microbianas están formadas por cianobacterias, organismos fotosintéticos unicelulares procariotas que carecen de núcleo celular u otros orgánulos.
Imagen: Fragmento de tapete de cianobacterias extraído de la periferia de una charca de agua de deshielo. Crédito: Roger Summons
Si bien se sabe que estos antiguos microbios sobreviven en algunos de los entornos más hostiles de la Tierra, incluidos las charcas de agua de deshielo, los investigadores querían saber si los eucariotas (organismos complejos que desarrollaron un núcleo celular y otros orgánulos unidos a la membrana) también podrían resistir circunstancias igualmente desafiantes.
Responder a esta pregunta requeriría más que un microscopio, ya que las características definitorias de los eucariotas microscópicos presentes entre los tapetes microbianos son demasiado sutiles para distinguirlas a simple vista.
Para caracterizar a los eucariotas, el equipo analizó las esteras en busca de lípidos específicos que producen, llamados esteroles, así como componentes genéticos llamados ácido ribonucleico ribosómico (ARNr), ambos útiles para identificar organismos con distintos grados de especificidad.
Estos dos conjuntos de análisis independientes proporcionaron huellas complementarias para ciertos grupos eucariotas. Como parte de la investigación lipídica del equipo, encontraron numerosos esteroles y genes de ARNr estrechamente asociados con tipos específicos de algas, protistas y animales microscópicos entre los tapetes microbianos.
Los investigadores pudieron evaluar los tipos y la abundancia relativa de lípidos y genes de ARNr de una charca a otra, y descubrieron que las charcas albergaban una sorprendente diversidad de vida eucariota.
"No hay dos charcas iguales", dice Husain. "Hay conjuntos de caracteres que se repiten, pero están presentes en diferentes abundancias. Y encontramos diversos conjuntos de eucariotas de todos los grupos principales en todos las charcas estudiadas. Estos eucariotas son descendientes de los eucariotas que sobrevivieron a la Tierra Bola de Nieve".
"Esto realmente pone de relieve que las charcas de agua de deshielo durante la Tierra Bola de Nieve podrían haber servido como oasis sobre el hielo que alimentaron la vida eucariota que permitió la diversificación y proliferación de la vida compleja, incluyéndonos a nosotros posteriormente".
El estudio se ha publicado en Nature Communications: Biosignatures of diverse eukaryotic life from a Snowball Earth analogue environment in Antarctica
