La investigación sobre el surgimiento de la vida en la Tierra se ha centrado a menudo en el papel de los respiraderos hidrotermales de las profundidades marinas, estas imponentes estructuras ubicadas en el fondo de los océanos que bombean constantemente una mezcla de materiales orgánicos e inorgánicos.
Dentro de estas columnas hay minerales llamados sulfuros de hierro, que los científicos creen que pudo haber ayudado a desencadenar las primeras reacciones químicas que dieron origen a la vida.
Estos mismos minerales también se encuentran en las fuentes termales actuales, como la Gran Fuente Prismática en el Parque Nacional de Yellowstone, en Estados Unidos. Las aguas termales son masas de agua subterránea calentadas por la actividad volcánica debajo de la superficie de la Tierra.
Una nueva investigación se suma a un pequeño pero creciente cuerpo de evidencia de que las versiones antiguas de estas aguas termales podría haber jugado un papel clave en el surgimiento de la vida en la Tierra. Esto ayuda a cerrar la brecha entre hipótesis en competencia sobre dónde pudo haber surgido la vida.
La importancia del secuestro de carbono para la vida
La fijación de carbono es el proceso mediante el cual los organismos vivos transforman el dióxido de carbono presente en el aire y disuelto en agua en moléculas orgánicas. Muchas formas de vida, incluidas plantas, bacterias y microorganismos llamados arqueas (arqueas), utilizan diferentes vías para lograrlo. La fotosíntesis es un ejemplo. Cada una de estas vías incluye una cascada de enzimas y proteínas, algunas de las cuales contienen núcleos hechos de hierro y azufre.
Las proteínas que contienen estos núcleos de hierro y azufre se encuentran en todas las formas de vida. De hecho, los investigadores sugieren que se remontan al Último Ancestro Común Universal (LUCA), una célula ancestral a partir de la cual la vida tal como la conocemos habría evolucionado y diversificado.
Los sulfuros de hierro son minerales que se forman cuando el hierro disuelto reacciona con el sulfuro de hidrógeno, el gas volcánico que hace que las aguas termales huelan a huevos podridos.
Si observamos de cerca la estructura de estos sulfuros de hierro, encontramos que algunos de ellos son increíblemente similares a los cúmulos de hierro y azufre. Este vínculo entre los sulfuros de hierro y la fijación de carbono condujo Algunos investigadores han propuesto que estos minerales desempeñaron un papel crucial en la transición de la geoquímica de la Tierra primitiva a la biología.
Esta investigación profundiza este conocimiento. estudiando la actividad química de los sulfuros de hierro en antiguas fuentes termales terrestres cuya geoquímica es similar a la de los manantiales de aguas profundas.
La simulación arrojó resultados claros.
Para este estudio, los investigadores diseñaron una pequeña cámara personalizada que les permitió simular los ambientes termales de la Tierra primitiva. Luego dispersaron muestras de sulfuro de hierro sintetizado por esta cámara.
Los investigadores simularon las condiciones de las aguas termales primitivas para responder varias preguntas.
Algunos eran puros. A otros se les administró otros metales que normalmente se encuentran en las aguas termales. Una lámpara colocada encima de estas muestras simuló la luz solar en la superficie de la Tierra primitiva. Se utilizaron diferentes lámparas para simular la iluminación con diferentes cantidades de rayos ultravioleta.
Constantemente se bombean dióxido de carbono e hidrógeno a la cámara. Se ha demostrado que estos gases son importantes para la fijación de carbono en experimentos con chimeneas en aguas profundas. Se descubrió que todas las muestras de sulfuro de hierro sintetizadas eran capaces de producir metanol, un producto de la fijación de carbono, en diversos grados.
Estos resultados muestran que los sulfuros de hierro pueden facilitar la fijación de carbono. no sólo en fuentes hidrotermales de aguas profundas, sino también en fuentes termales terrestres.
La producción de metanol también aumentó con la irradiación de luz visible y a temperaturas más altas. Los experimentos con diferentes temperaturas, iluminación y contenidos de vapor de agua mostraron que los sulfuros de hierro probablemente facilitaron la fijación de carbono en las fuentes termales terrestres en la Tierra primitiva.
Las conclusiones son satisfactorias.
Experimentos adicionales y cálculos teóricos. reveló que la producción de metanol se produce mediante un mecanismo llamado reacción inversa de cambio de agua-gas. Se ha observado una reacción similar en la vía utilizada por algunas bacterias y arqueas para transformar el dióxido de carbono en nutrientes.
Esta vía, denominada vía “acetil-CoA” o vía “Wood-Ljungdahl”, se considera como la forma más antigua de fijación de carbono que apareció en las primeras etapas de la vida.
Esta similitud entre los dos procesos es interesante. porque el primero se desarrolla en tierra firme, al borde de las aguas termales, mientras que el segundo se desarrolla en el ambiente húmedo del interior de las celdas.
este estudio demuestra la producción de metanol en una amplia gama de condiciones que podrían haberse encontrado en las aguas termales en la Tierra primitiva.
Estos resultados amplían la gama de condiciones bajo las cuales los sulfuros de hierro pueden facilitar la fijación de carbono. Demuestran que esto puede ocurrir tanto en las profundidades del mar como en tierra, aunque se debe a mecanismos diferentes.
Los científicos creen que estos resultados respaldan el consenso científico actual que sugiere que los grupos de hierro-azufre y la vía acetil-CoA son antiguos y probablemente desempeñaron un papel importante en el surgimiento de la vida. ya sea en tierra o en el fondo del mar.
Referencia del artículo:
Reducción de CO2 gaseoso catalizada por sulfuro de hierro y fijación prebiótica de carbono en aguas termales terrestres. Comunicaciones de la naturaleza (2024). Nan, J., Luo, S., Tran, QP et al.
