Vida en la Tierra

Un sector de expertos encuentran importantes relaciones entre los procesos geológicos y los procesos biológicos y en esta intersección se desarrolla la GeoBiología. Un ejemplo se encuentra en uno de mis libros favoritos: “Life as a geological force” (La vida como fuerza geológica), del geólogo holandés Peter Westbroek.

Otro ejemplo que resumimos aquí es un interesante artículo de Minik Rosing y coautores: “The rise of continents: an essay on the geologic consequences of photosynthesis” (La formación de los continentes: un ensayo sobre las consecuencias geológicas de la fotosíntesis) publicado en 2006 en la prestigiosa revista Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology.

Rosing y coautores creen que la formación del granito y la consecuente estabilización de los continentes se deben a la acción de los organismos fotosintéticos. Esta idea surge de los datos geológicos: el registro geológico de las rocas y los fósiles químicos se inicia hace 3.800 millones de años, y coincide con la primera aparición de señales de organismos vivos (detectadas a través del isótopo ¹³C en restos de grafito sedimentario).

Desde su origen hace 4.600 millones de años, la Tierra no había construido ninguna estructura sólida estable durante 800 m.a., sólo océanos fluidos y litosfera viscosa. Tras este largo intervalo, los continentes se empiezan a formar a partir del granito, una roca que no se registra en ningún otro planeta conocido (en contraste con el basalto omnipresente en otros cuerpos planetarios). El granito es más ligero y termodinámicamente incompatible con el basalto. Para formarse el granito, no basta con fundir rocas del manto y añadirles agua: se requiere alterar la composición del magma enriqueciéndolo en sílice, potasio, aluminio y otros elementos, lo que exige fundir un basalto previamente alterado en el océano. Y la alteración oceánica pudo ser favorecida por los organismos fotosintéticos.

Para apoyar su hipótesis, estos autores calculan la energía térmica y química necesaria para mantener el ciclo del carbono en la Tierra, que constituye la base del metabolismo de la biosfera, del clima y del ciclo de las rocas a través de su alteración y meteorización. Asombrosamente, la energía química producida por la fotosíntesis es 3 veces mayor que la energía interna de la Tierra procedente de la descomposición de los elementos radiactivos y del calor residual originado por la acreción planetaria. La energía interna de la Tierra es ridículamente baja (mucho menor de los 87 mW/m2 del flujo térmico medio actual en la superficie) comparada con la obtenida a partir de la energía solar que llega a la superficie terrestre (340 W/m2) capturada a través de la fotosíntesis, con una producción primaria equivalente a 268 mW/m2.

Por tanto, la contribución al ciclo energético de los organismos quimioautótrofos (los que viven de oxidar minerales), es mínima en contraste con la de los organismos fotosintéticos. Los primeros aprovechan los gradientes químicos existentes en los minerales, mientras que los fotoautótrofos construyen nuevos y mucho mayores gradientes químicos a partir de la energía lumínica. Por ello son capaces de construir una atmósfera y una hidrosfera en fuerte desequilibrio químico, capaz de alterar las rocas muy rápida y eficazmente.

Estos datos tienen importantes consecuencias para la astrobiología y la exploración espacial. Rosing y coautores dicen “En un mundo con una producción primaria puramente quimioautotrófica, el enterramiento de la materia orgánica no dejaría ninguna señal isotópica en los sedimentos, y no habría un efecto biológico significativo en el ciclo global del carbono en ausencia de fotosíntesis”. “los continentes graniticos son probablemente biomarcadores de vida fotosintética en planetas silicatados en general”. “Los planetas terrestres… comparten características similares de distribución de elementos. La abundancia de elementos productores de calor en relación al carbono por tanto proporciona una energía insuficiente para sostener una biosfera que pueda influenciar de forma significativa el ciclo del carbono de cualquier planeta terrestre que no tenga organismos fotosintéticos. Esto se debe tener en cuenta cuando se buscan trazas de una biosfera enterrada en Marte. Tal biosfera no dejaría probablemente huellas geoquímicas globales, y sólo se encontraría en el caso afortunado de encontrar miembros de una biosfera muy dispersa en una muestra particular”.

Fósiles de bacterias y bacterias enterradas

El mundo de la Geo[Micro]Biología lleva años en pleno desarrollo desde que J.W.Schopf publicara los (supuestos) fósiles más antiguos de la Tierra, atribuídos a cianobacterias. La posibilidad de detectar vida microbiana en las rocas saltó después, desde su búsqueda en la Tierra arcaica a su posible hallazgo en un meteorito marciano (el famoso ALH84001). Se abrió así el efervescente campo de la Geobiología, que encuentra insospechadas relaciones entre la actividad geológica y la biológica, tanto en la actualidad como en el registro geológico. No sólo se han desenterrado bacterias vivas a profundidades asombrosas, viviendo en el subsuelo a más de 1000 m de profundidad en el interior del basalto oceánico o del granito continental; también se han "despertado" bacterias fósiles que llevaban enterradas más de 200 millones de años, en cristales de sal evaporados del antiguo mar pérmico. Todo ello ha abierto un campo inmenso a los paleontólogos, que se encuentran junto con estratígrafos, petrólogos, microbiólogos y geoquímicos en congresos tan apasionantes como el que se ha celebrado en Göttingen (Alemania) la semana pasada.

Los asistentes al congreso de Göttingen hemos aprendido mucho sobre microbialitas, estromatolitos, tapices microbianos, biomarcadores químicos, filotipos genéticos, EPS (exo-polymeric substances) y sofisticadas técnicas de imagen y análisis, conectando procesos vitales y minerales hasta admitir que "la vida es una fuerza geológica", como escribió Peter Westbroek. Técnicas de microscopía laser y de rayosX permiten observar a nano-escala los microrganismos y la mineralización inducida por ellos, la espectrometría Raman, EDX y microsondas identifican los elementos y los compuestos químicos, mientras que análisis biomoleculares detectan las secuencias génicas y metabolitos. Los expertos discuten el origen biótico o abiótico de estromatolitos y otras rocas laminares bandeadas particulares, y llegan a concluir que hasta las famosas calizas litográficas de Solnhofen (con sus fósiles señeros, como Archaeopteryx) son un inmenso estromatolito biogénico.

Siguen abiertas cuestiones tan apasionantes como el tipo de océano primitivo (¿ácido o alcalino?), el inicio de la actividad biótica en la Tierra, los criterios para detectar la vida y la fotosíntesis en el registro geológico y en el espacio extraterrestre, y si la proliferación microbiótica está o no relacionada con la ausencia de metazoos (antes de su aparción o en episodios críticos como extinciones en masa).

La Geobiología es una interfase muy activa de encuentro entre geólogos y biólogos; y al igual que los microorganismos, las innovaciones proliferan en las interfases.