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”.

La Geología, la Paleobiología y las Ciencias del Espacio

¿Qué tienen en común estas ramas de la ciencia que nos interesan a muchos simultáneamente?

En principio, nada: los geólogos estudian las rocas, los minerales y los fósiles (terrestres); los paleobiólogos estudian los fósiles terrestres y los organismos y ecosistemas vivientes que se relacionan con ellos; y los científicos del espacio estudian los cuerpos celestes alejados de la Tierra.

Pero existen algunos puntos de intersección. Por ejemplo, los geólogos y los científicos del espacio se interesan conjuntamente por estudiar los cuerpos celestes que caen a la tierra (los fascinantes meteoritos), y algunos (pocos) paleontólogos han apoyado teorías desarrolladas por algunos geólogos y astrofísicos, que relacionan la ocurrencia de grandes impactos meteoríticos con las extinciones masivas de la vida en la tierra. Incluso algunos paleontólogos (aún menos) sugieren que hay cierta periodicidad de los episodios de extinciones importantes, que podrían estar causadas por fenómenos astronómicos. La hipótesis de Némesis, una supuesta estrella doble del sol que podría desestabilizar periódicamente a la tierra (aunque en periodos muy largos, de más de 25 millones de años), fue tomada muy en serio a finales de los 80 aunque después se ha dejado de lado, como tantas otras ideas sugestivas que no se han podido confirmar.

Hay más puntos de intersección entre estos campos: geoquímicos que investigan moléculas comunes que aparecen en la Tierra y en el espacio; paleontólogos que rastrean posibles fósiles en meteoritos; cristalógrafos que envían al espacio experimentos de formación de biominerales; geólogos planetarios que calculan si puede haber agua en lejanos cuerpos del sistema solar... Y a algunos les guía la hipótesis de la panspermia: nosotros y todos los seres vivos de la Tierra bien pudiéramos ser extraterrestres, descendientes de organismos venidos del espacio junto a una lluvia de meteoritos.

Y la fascinación de unos investigadores por el trabajo de los otros es mutua; podéis leer aquí cómo los recientes descubridores de lejanísimos cúmulos de galaxias comparan su hallazgo con el descubrimiento de un fósil de un dinosaurio emblemático.

En este año internacional de la Astronomía 2009 y cuando aún no se han acabado los ecos del año del Planeta Tierra 2008, podemos encontrar más puntos en común entre los interesados en la Tierra y el Espacio. Desde mi trabajo como paleontóloga, mi primer contacto con los científicos espaciales fue en Lleida en 1998, a raíz de unas jornadas de la Fundación Joan Oró que se llamaron "Jornadas de la Tierra, el Cosmos y el Medio Ambiente". En aquel momento acababan de encontrarse los primeros planetas extrasolares, y Joan Oró nos presentó fascinado a Butler, uno de los descubridores pioneros. Estaban también Drake (del proyecto SETI), Owen de Haway y muchos otros, que nos ilustraron con magníficas conferencias.

A mí particularmente me interesó el hecho de descubrir que la astrofísica es la única rama evolutiva de la Física, ciencia generalmente a-histórica. Todavía recuerdo la cara de asombro de Toby Owen cuando desde lo alto del Montsec le expliqué que los geólogos podían afirmar que todo cuanto es sólido en la Tierra fue anteriormente líquido... Y él puede que recuerde la mía cuando me informó de que no existen fuerzas físicas conocidas que expliquen la adherencia y cohesión entre las partículas del cosmos que nos permiten tener planetas rocosos, y no sólo nubes de gas y polvo.

Aquel encuentro fue el arranque del actual Observatorio Astronómico del Montsec en Catalunya y del Centro de Observación del Universo, situados entre Ager y Tremp en uno de los más bellos parajes de los pre-Pirineos de Lleida. Más y más público podrá así interesarse por la naturaleza en todas sus dimensiones terrenas y cósmicas, pues ambos campos del conocimiento, el de la Tierra y el del Espacio, están abiertos a todos los aficionados que se interesen. Y han sido a menudo aficionados los que han realizado grandes descubrimientos en estas ciencias.

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.