Gran parte de la vida en el planeta Tierra hoy depende del oxígeno para existir, pero antes de que el oxígeno estuviera presente en nuestro planeta azul, las formas de vida probablemente usaron arsénico en su lugar. Estos hallazgos se detallan en una investigación publicada hoy en Comunicaciones Tierra y Medio Ambiente .

Un componente clave del ciclo del oxígeno es donde las plantas y algunos tipos de bacterias esencialmente toman la luz del sol. agua, y compañía ₂ , y convertirlos en carbohidratos y oxígeno, que luego son reciclados y utilizados por otros organismos que respiran oxígeno. Este oxígeno sirve como vehículo para los electrones, ganando y donando electrones a medida que avanza a través de los procesos metabólicos. Sin embargo, durante la mitad del tiempo que ha existido vida en la Tierra, no había oxígeno presente, y durante los primeros 1.500 millones de años, realmente no sabemos cómo funcionaban estos sistemas, dice el autor principal del estudio y profesor de Ciencias Marinas y Geociencias de la UConn, Pieter Visscher.

Impulsado por la luz, Los organismos fotosintéticos aparecen en el registro fósil como rocas carbonatadas en capas llamadas estromatolitos que datan de hace unos 3.700 millones de años. dice Visscher. Las esteras de estromatolitos son depositadas durante eones por ecosistemas microbianos, cada capa contiene pistas sobre la vida en ese momento. Hay ejemplos contemporáneos de microbios que fotosintetizan en ausencia de oxígeno utilizando una variedad de elementos para completar el proceso. sin embargo, no está claro cómo sucedió esto en las primeras formas de vida.

Las teorías sobre cómo funcionaban los procesos de la vida en ausencia de oxígeno se han basado principalmente en el hidrógeno, azufre, o el hierro como los elementos que transportaban electrones para satisfacer las necesidades metabólicas de los organismos.

Como explica Visscher, estas teorías son impugnadas; por ejemplo, la fotosíntesis es posible con hierro, pero los investigadores no encuentran evidencia de eso en el registro fósil antes de que apareciera el oxígeno hace unos 2.400 millones de años. Se menciona el hidrógeno, sin embargo, la energética y la competencia por el hidrógeno entre diferentes microbios muestra que es altamente inviable.

El arsénico es otra posibilidad teórica, y se encontró evidencia de eso en 2008. Visscher dice que el vínculo con el arsénico se fortaleció en 2014 cuando él y sus colegas encontraron evidencia de fotosíntesis a base de arsénico en tiempo profundo. Para apoyar aún más su teoría, los investigadores necesitaban encontrar un análogo moderno para estudiar la biogeoquímica y el ciclo de elementos.

Encontrar un análogo a las condiciones en la Tierra primitiva es un desafío por varias razones, además del hecho de que ahora el oxígeno es abundante. Por ejemplo, la evidencia muestra que los primeros microbios capturaron carbono atmosférico y produjeron materia orgánica en un momento en que las erupciones volcánicas eran frecuentes, La luz ultravioleta era intensa en ausencia de la capa de ozono, y los océanos eran esencialmente una sopa tóxica.

Otro aspecto desafiante de trabajar con el registro fósil, especialmente aquellos tan antiguos como algunos estromatolitos, es que quedan pocos debido al ciclo de las rocas a medida que se mueven los continentes. Sin embargo, Se produjo un gran avance cuando el equipo descubrió una alfombra microbiana activa, actualmente existente en las duras condiciones de la Laguna La Brava en el Desierto de Atacama en Chile.

Las esteras no se han estudiado previamente, pero presentan un conjunto de condiciones de otro mundo, como los de la Tierra primitiva. Las alfombras se encuentran en un entorno único que las deja en un estado permanente sin oxígeno a gran altura donde están expuestas a la naturaleza, cambios de temperatura diarios, y condiciones de alta radiación ultravioleta. Los tapetes sirven como herramientas poderosas e informativas para comprender verdaderamente la vida en las condiciones de la Tierra primitiva.

Visscher explica, "Empezamos a trabajar en Chile, donde encontré un río rojo sangre. Los sedimentos rojos están formados por bacterias fotosintéticas anoxógenas. El agua también tiene un alto contenido de arsénico. El agua que fluye sobre las esteras contiene sulfuro de hidrógeno que es de origen volcánico y fluye muy rápidamente sobre estas esteras. No hay absolutamente nada de oxígeno ".

El equipo también demostró que las esteras estaban formando depósitos de carbonato y creando una nueva generación de estromatolitos. Los materiales de carbonato también mostraron evidencia del ciclo del arsénico, que el arsénico está sirviendo como vehículo para los electrones, lo que demuestra que los microbios están metabolizando activamente el arsénico. al igual que el oxígeno en los sistemas modernos. Visscher dice que estos hallazgos, junto con la evidencia fósil, da un fuerte sentido de las condiciones tempranas de la Tierra.

"La vida basada en arsénico ha sido una cuestión en términos de, ¿Tiene un papel biológico o es simplemente un compuesto tóxico? ", dice Visscher.

Esa pregunta parece tener respuesta:"He estado trabajando con tapetes microbianos durante unos 35 años más o menos. Este es el único sistema en la Tierra donde pude encontrar un tapete microbiano que funcionaba absolutamente en ausencia de oxígeno".

Visscher señala que una herramienta importante que utilizaron para realizar esta investigación es similar a una a bordo del rover Mars Perseverance, actualmente en ruta a Marte.

"Al buscar evidencia de vida en Marte, ellos verán hierro y probablemente deberían mirar también arsénico ".