Sabemos poco sobre las temperaturas de la superficie de la Tierra durante los primeros 4 mil millones de años aproximadamente de su historia. Esto presenta una limitación en la investigación de los orígenes de la vida en la Tierra y también cómo podría surgir en mundos distantes.

Ahora, los investigadores sugieren que al resucitar enzimas antiguas podrían estimar las temperaturas en las que estos organismos probablemente evolucionaron hace miles de millones de años. Los científicos publicaron recientemente sus hallazgos en la revista, procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .

"Necesitamos comprender mejor no solo cómo evolucionó la vida en la Tierra, pero cómo la vida y el medio ambiente de la Tierra co-evolucionaron durante miles de millones de años de historia geológica, "dijo la autora principal Amanda García, un paleogeobiólogo de la Universidad de California, Los Angeles. "Parece seguro que una coevolución similar es el caso de cualquier vida en otras partes del Universo".

García y sus colegas se centraron en la historia de las temperaturas de la superficie de la Tierra. Las rocas ofrecen muchas pistas para deducir las temperaturas durante los últimos 550 millones de años en la Era Fanerozoica, cuando es complejo, despegó la vida multicelular, incluido el de los humanos. Sin embargo, pocos de estos "paleotermómetros" existen para la Era Precámbrica anterior, que abarca la formación de la Tierra hace 4.600 millones de años y el surgimiento de la vida.

La evidencia geológica anterior ha sugerido que hace 3.500 millones de años, durante el Eón Arcaico, los océanos eran de 131º a 185º F (55º a 85º C). Se enfriaron dramáticamente a temperaturas promedio actuales de 59º F (15º C). Los científicos hicieron estas estimaciones examinando isótopos de oxígeno y silicio en rocas marinas. Rocas ricas en cuarzo en el lecho marino, conocido como cherts, tienen niveles más altos de los isótopos más pesados ​​de oxígeno 18 y silicio 30 a medida que el agua de mar se enfría. En principio, la proporción de isótopos de silicio y oxígeno más pesados ​​y más ligeros puede arrojar luz sobre las temperaturas antiguas.

Pero tales paleo-termómetros no toman en cuenta adecuadamente cómo estas rocas o el océano podrían haber cambiado en el transcurso de miles de millones de años. Quizás las proporciones isotópicas en el agua de mar variaron con el tiempo en respuesta a alteraciones físicas o químicas, como el agua que fluye de la tierra o de los respiraderos hidrotermales.

Dadas las incertidumbres, García y sus colegas buscaron una medición independiente de la temperatura del agua de mar en el Precámbrico que se centra en el comportamiento de las moléculas biológicas. Los científicos examinaron una enzima conocida como nucleósido difosfato quinasa (NDK), que ayuda a manipular los componentes básicos del ADN y el ARN, así como muchos otros roles. Las versiones de esta proteína se encuentran en prácticamente todos los organismos vivos, y probablemente también fueron vitales para muchos organismos extintos. Investigaciones anteriores encontraron una correlación entre las temperaturas óptimas de estabilidad de las proteínas y el crecimiento de un organismo.

Al comparar las secuencias moleculares de versiones de NDK en una variedad de especies contemporáneas, los investigadores pueden reconstruir las versiones de NDK que podrían haber estado presentes en sus ancestros comunes. Al sintetizar estas reconstrucciones, los científicos pueden probar experimentalmente estas proteínas antiguas "resucitadas" para encontrar la temperatura que estabiliza la proteína y deducir de eso la temperatura probable que sostenía al organismo antiguo.

Los científicos estiman cuándo podrían haber existido las enzimas antiguas al observar a sus parientes vivos más cercanos de su organismo anfitrión. Cuanto mayor sea el número de diferencias en las secuencias genéticas de estos parientes, cuanto más tiempo viviera probablemente su último pariente común. Los científicos utilizan estas diferencias para medir la edad de biomoléculas como las reconstrucciones de NDK.

Investigaciones anteriores habían reconstruido enzimas antiguas para deducir temperaturas pasadas, pero algunas de estas enzimas pueden provenir de organismos que vivían en ambientes inusualmente cálidos, como respiraderos hidrotermales de aguas profundas, que no sería representativo del océano más amplio. En lugar de, García y sus colegas buscaron reconstruir NDK a partir de plantas terrestres y bacterias fotosintéticas que viven en las profundidades superiores iluminadas por el sol de los océanos. presumiblemente lejos de las fuentes termales hirviendo.

Su investigación sugiere que la superficie de la Tierra se enfrió de aproximadamente 167º F (75º C) hace unos 3.000 millones de años a aproximadamente 95º (35º F) hace unos 420 millones de años. Estos hallazgos son consistentes con resultados geológicos y basados ​​en enzimas previos.

García dijo que un enfriamiento tan dramático es difícil de comprender, enfatizando cómo los científicos necesitan recordar cómo fueron las diferentes condiciones en el pasado al descubrir cómo evolucionó la vida con el tiempo.

"Requiere mucho esfuerzo imaginar un mundo que no parece encajar con el sentido común de las condiciones actuales de la Tierra".

La investigación futura podría reconstruir versiones de NDK a partir de más organismos, así como otras enzimas, dando más evidencia para apoyar el método. Dicha investigación podría ayudar "a resolver grandes preguntas sobre la evolución temprana de la vida y el medio ambiente de la Tierra, " ella dijo.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de la revista Astrobiology Magazine de la NASA. Explore la Tierra y más allá en www.astrobio.net.