Hace 3.500 millones de años, la Tierra acogió la vida, ¿pero apenas sobrevivió o prosperó? Un nuevo estudio realizado por un equipo multiinstitucional con liderazgo, incluido el Instituto de Ciencias de la Tierra y la Vida (ELSI) del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech), proporciona nuevas respuestas a esta pregunta. El metabolismo microbiano se registra en miles de millones de años de proporciones de isótopos de azufre que concuerdan con las predicciones de este estudio, lo que sugiere un estancamiento en los océanos antiguos. Usando estos datos, los científicos pueden vincular más profundamente el registro geoquímico con los estados celulares y la ecología.

Los científicos quieren saber cuánto tiempo ha existido la vida en la Tierra. Si ha existido durante casi tanto tiempo como el planeta, esto sugiere que es fácil que la vida se origine y que la vida sea común en el Universo. Si tarda mucho tiempo en originarse, esto sugiere que hubo condiciones muy especiales que tuvieron que ocurrir. Los dinosaurios, cuyos huesos se presentan en museos de todo el mundo, fueron precedidos por miles de millones de años por microbios. Si bien los microbios han dejado cierta evidencia física de su presencia en el registro geológico antiguo, no se fosilizan bien, por lo que los científicos usan otros métodos para comprender si la vida estaba presente en el registro geológico.

Actualmente, la evidencia más antigua de la vida microbiana en la Tierra nos llega en forma de isótopos estables. Los elementos químicos registrados en el periódico se definen por el número de protones en sus núcleos, por ejemplo, los átomos de hidrógeno tienen un protón, los átomos de helio tienen dos, los átomos de carbono contienen seis. Además de los protones, la mayoría de los núcleos atómicos también contienen neutrones, que son casi tan pesados ​​como los protones, pero que no llevan una carga eléctrica. Los átomos que contienen el mismo número de protones, pero los números variables de neutrones se conocen como isótopos. Si bien muchos isótopos son radiactivos y, por lo tanto, se descomponen en otros elementos, algunos no experimentan tales reacciones; estos son conocidos como isótopos "estables". Por ejemplo, los isótopos estables del carbono incluyen el carbono 12 (escrito como 12C para abreviar, con 6 protones y 6 neutrones) y el carbono 13 (13C, con 6 protones y 7 neutrones).

Todos los seres vivos, incluidos los humanos, "comen y excretan". Es decir, toman alimentos y expulsan residuos. Los microbios a menudo comen compuestos simples puestos a disposición por el medio ambiente. Por ejemplo, algunos son capaces de absorber dióxido de carbono (CO2) como fuente de carbono para construir sus propias células. CO natural2 tiene una proporción bastante constante de 12C a 13C. Sin embargo, 12CO2 es aproximadamente un 2% más ligero que el 13CO2, entonces 12CO2 las moléculas se difunden y reaccionan ligeramente más rápido, y por lo tanto los microbios se vuelven "isotópicamente ligeros", contienen más 12C que 13C, y cuando mueren y dejan sus restos en el registro fósil, su firma isotópica estable permanece y es medible. La composición isotópica, o "firma", de tales procesos puede ser muy específica para los microbios que los producen.

Además del carbono hay otros elementos químicos esenciales para los seres vivos. Por ejemplo, el azufre, con 16 protones, tiene tres isótopos estables naturalmente abundantes, 32S (con 16 neutrones), 33S (con 17 neutrones) y 34S (con 18 neutrones). Los patrones de isótopos de azufre dejados por los microbios registran la historia del metabolismo biológico basado en compuestos que contienen azufre de hace unos 3.500 millones de años. Cientos de estudios anteriores han examinado amplias variaciones en las relaciones de isótopos de azufre antiguas y contemporáneas resultantes del metabolismo del sulfato (un compuesto de azufre natural unido a cuatro átomos de oxígeno). Muchos microbios pueden usar sulfato como combustible, y en el proceso excretan sulfuro, otro compuesto de azufre. Los "residuos" de sulfuro del antiguo metabolismo microbiano se almacenan en el registro geológico, y sus relaciones de isótopos se pueden medir analizando minerales como la pirita mineral FeS2.

Este nuevo estudio revela un paso de control biológico primario en el metabolismo del azufre microbiano y aclara qué estados celulares conducen a qué tipos de fraccionamiento de isótopos de azufre. Esto permite a los científicos vincular el metabolismo con los isótopos: al saber cómo el metabolismo cambia las relaciones de isótopos estables, los científicos pueden predecir que los organismos de la firma isotópica deben dejar atrás. Este estudio proporciona parte de la primera información sobre la forma en que la vida antigua se metabolizaba. El metabolismo del sulfato microbiano se registra en más de tres mil millones de años de proporciones de isótopos de azufre que están en línea con las predicciones de este estudio, que sugieren que la vida en realidad estaba prosperando en los océanos antiguos. Este trabajo abre un nuevo campo de investigación, que el Profesor Asociado de ELSI Shawn McGlynn llama "enzimología evolutiva e isotópica". Usando este tipo de datos, los científicos ahora pueden pasar a otros elementos, como el carbono y el nitrógeno, y vincular más completamente el registro geoquímico con los estados celulares y la ecología a través de un entendimiento de la evolución de las enzimas y la historia de la Tierra.

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por Instituto de Tecnología de Tokio. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y duración.

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