Cómo el níquel y la urea en los océanos primitivos moldearon la vida microbiana y prepararon el terreno
La aparición del oxígeno en la atmósfera terrestre marcó un punto de inflexión en la historia de nuestro planeta, transformando para siempre el medio ambiente y sentando las bases para la vida compleja. Este evento, conocido como el Gran Evento de Oxidación (GOE), ocurrió hace aproximadamente entre 2.100 y 2.400 millones de años.
Sin embargo, aunque se cree que la fotosíntesis oxigénica en las cianobacterias evolucionó cientos de millones de años antes de este evento, los niveles de oxígeno en la atmósfera se mantuvieron bajos durante un prolongado período.
Los científicos han debatido por qué se retrasó la oxigenación de la Tierra, explorando factores que van desde los gases volcánicos hasta la actividad microbiana. Sin embargo, ha sido difícil de alcanzar una explicación completa.
Un reciente estudio se propuso abordar ese misterio examinando un factor a menudo pasado por alto pero crucial: la influencia de los oligoelementos y compuestos, específicamente el níquel y la urea, en el crecimiento de las cianobacterias.
"Generar oxígeno sería un desafío enorme si alguna vez colonizáramos otro planeta. Por lo tanto, buscamos comprender cómo un diminuto microbio, la cianobacteria, fue capaz de alterar las condiciones de la Tierra para hacerlas propicias para la evolución de la vida compleja, incluida la nuestra. Los conocimientos adquiridos en este estudio también proporcionarán un nuevo marco para las estrategias de análisis de muestras para futuras misiones de retorno de muestras a Marte", explicó el investigador principal, el Dr. Dilan M. Ratnayake del Instituto de Materiales Planetarios, Universidad de Okayama, Japón (dirección actual: Departamento de Geología, Universidad de Peradeniya, Sri Lanka).
El profesor Ryoji Tanaka y el profesor Eizo Nakamura, del Instituto de Materiales Planetarios de la Universidad de Okayama, también contribuyeron al estudio.
Imagen: Representación gráfica de los eventos que dieron origen al GOE. Crédito: Communications Earth & Environment (2025). DOI: 10.1038/s43247-025-02576-8
Para explorar el papel de los oligoelementos y compuestos en los entornos de la Tierra primitiva, los investigadores llevaron a cabo un estudio experimental de dos partes simulando las condiciones del Arcaico (hace aproximadamente entre 4 y 2.500 millones de años).
En el primer conjunto de experimentos, se expusieron mezclas de compuestos de amonio, cianuro y hierro a la radiación ultravioleta (UV)-C, que imitaba la radiación UV que probablemente alcanzaba la superficie terrestre antes de la formación de la capa de ozono. Estos ensayos evaluaron si la urea, una fuente esencial de nitrógeno, podía formarse abióticamente en condiciones prebióticas.
En la segunda parte, se cultivaron cultivos de cianobacterias (Synechococcus sp. PCC 7002) bajo ciclos controlados de luz-oscuridad con concentraciones variables de urea y níquel en sus medios de cultivo. Se rastreó el crecimiento mediante la densidad óptica y el nivel de clorofila-a para evaluar la influencia de estos compuestos en la proliferación.
A partir de estos hallazgos, los investigadores proponen un nuevo modelo teórico de la oxigenación terrestre. En el Arcaico temprano, las altas concentraciones de níquel y urea actuaron como cuellos de botella, lo que hizo que las floraciones de cianobacterias fueran poco frecuentes y de corta duración.
Como explica el Dr. Ratnayake, "El níquel mantiene una compleja pero fascinante relación con la urea en cuanto a su formación y consumo biológico, mientras que su disponibilidad en concentraciones más bajas puede favorecer la proliferación de cianobacterias". Esta expansión sostenida finalmente impulsó la liberación de oxígeno a largo plazo y desencadenó el GOE.
Imagen: Oligoelementos como el níquel y la urea controlan las cianobacterias, retrasando el auge de oxígeno en la Tierra. Crédito: "201208 Cyanobacteria" del Centro de Bases de Datos para las Ciencias de la Vida (DBCLS). Enlace a la fuente de la imagen: https://openverse.org/image/66887fcb-b231-45b9-b6a6-4ce9fe27eb79?q=cyanobacteria&p=6
Las implicaciones reales de este trabajo son de gran alcance. "Si logramos comprender claramente los mecanismos que aumentan el contenido de oxígeno atmosférico, arrojaremos luz sobre la detección de biofirmas en otros planetas", comparte el Dr. Ratnayake. "Los hallazgos demuestran que la interacción entre compuestos inorgánicos y orgánicos desempeñó un papel crucial en los cambios ambientales de la Tierra, profundizando nuestra comprensión de la evolución del oxígeno terrestre y, por ende, de la vida en la Tierra".
Más allá de la Tierra, los resultados podrían orientar estrategias para detectar biofirmas, ya que marcadores químicos como el níquel y la urea podrían influir en la acumulación de oxígeno y, por lo tanto, en el potencial de vida en exoplanetas.
Este estudio revela cómo el níquel y la urea influyeron en la evolución del oxígeno en la Tierra. Al confirmar experimentalmente la producción de urea en condiciones del Arcaico y demostrar su doble función, como nutriente y como posible inhibidor en niveles elevados, la investigación replantea nuestra perspectiva sobre las limitaciones ecológicas de la vida primitiva.
En última instancia, demuestra que la disminución del níquel y la moderación de la urea allanaron el camino para la expansión de las cianobacterias y el aumento del oxígeno, proporcionando una imagen más clara de cómo la Tierra hizo la transición a un mundo habitable.
Los resultados se publicaron en la revista Communications Earth & Environment el 12 de agosto de 2025: Biogeochemical impact of nickel and urea in the great oxidation event
