¿Quiénes fueron los primeros seres vivos?

Fue a principios de siglo cuando el científico ruso Oparin afirmó que la vida en la Tierra surgió a partir de microorganismos heterotróficos y mesotérmicos: bacterias que utilizan compuestos orgánicos para obtener su energía y viven en temperaturas medias. Buena parte de la comunidad científica apoyó esta hipótesis, y aún hoy son muchos los investigadores que trabajan utilizando como base esta teoría. Un claro exponente es Stanley Miller, quien a partir de compuestos inorgánicos y utilizando luz ultravioleta, consiguió sintetizar moléculas orgánicas, suponiendo sus experimentos un fuerte apoyo a esta teoría.

Sin embargo, a mediados de los años 50, el científico alemán Wächtershäuser afirmó que los primeros seres vivos a partir de los cuales la vida evolucionó fueron los microorganismos quimiolitótrofos. Estos son aquellos que se nutren de compuestos inorgánicos. "Si traducimos su nombre literalmente, son los come piedras. Obtienen su energía de la oxidación de compuestos inorgánicos y forman su masa celular", afirma el Dr. Felipe Gómez, del Centro de Astrobiología, organismo dependiente del Instituto de Técnica Aeroespacial (INTA).

El descubrimiento de una bacteria quimiolitótrofa en una roca sumergida en el fondo del océano y procedente de una chimenea marina viene a confirmar esta última hipótesis. De ser así, los investigadores del Departamento de Geología y Geofísica de la Universidad de Australia Occidental, dirigidos por Birger Rasmussen, han descubierto una bacteria que podría ser uno de aquellos primeros inquilinos, puesto que su antigüedad es de 3.235 millones de años.

"Atendiendo al RNA ribosómico, el reloj biológico que nos permite conocer las relaciones filogenéticas y evolutivas de los organismos, se establece un árbol filogenético en el que los microorganismos se clasifican de la siguiente forma: dentro de los más primitivos, se encuentran las eubacterias, las arqueobacterias y finalmente los eucariotas (organismos pluricelulares como es el caso de los seres humanos)”, explica Felipe Gómez. Los quimiolitótrofos se encontrarían en la base del árbol filogenético (rama de las eubacterias y arqueobacterias).

Altas temperaturas

Este descubrimiento vendría a confirmar la teoría de que la vida surgió en el agua y a altas temperaturas. Así, las chimeneas océanicas se perfilan como el lugar donde aquellos primitivos seres vivos dieron sus primeros pasos. Éstas liberan a los fondos marinos compuestos reducidos de azufre y metales. La oxidación de estos compuestos pudo permitir que estos microorganismos quimiolitótrofos pudieran desarrollarse y evolucionar. Además, también inciden las altas temperaturas a las que se encuentra el agua, que en algunos casos puede llegar a superar los 350 grados centígrados.

"Los yacimientos de sulfuros tienen morfología lenticular y estratificada, y se componen principalmente de sulfuros metálicos (pirita y calcopirita), sulfatos (barita), cuarzo y carbonatos. El medio de formación del yacimiento de sulfuros y rocas asociadas ha sido interpretado por el estudio de las texturas y estructuras de las rocas como marino profundo, pudiendo haberse formado a más de 1.000 metros de profundidad. Por otra parte, la asociación de minerales metálicos permite determinar una temperatura de 300°C de los fluidos hidrotermales que originaron el yacimiento", explica Nuria Rodríguez, investigadora del Centro de Astrobiología.

Hasta el momento, el registro paleontológico de microorganismos más antiguos fue descubierto en rocas del Arcaico de Australia, período de tiempo que abarca desde 3.800 a 2.500 millones de años. En la región de Pilbara (oeste de Australia), se encontraron microfósiles filamentosos cuya longitud no supera las 30 micras (millonésima parte de un metro), asociados a estructuras estromatolíticas que, actualmente, generan comunidades de microorganismos fotosintéticos de áreas marinas muy someras. La datación de las rocas de Pilbara es concluyente: tienen una edad de 3.400 millones de años. Puesto que éstos microfósiles fueron atribuidos a seres fotosintéticos, razonablemente se podría concluir que el registro de las vías fotosintéticas es el más antiguo observado en la Tierra.

Este nuevo descubrimiento viene a confirmar la hipótesis de que pudieron haber sido varios ecosistemas los que se desarrollaron en aquel planeta primigenio, y no sólo los fotosintéticos, "aunque estos microorganismos fueron esenciales a la hora de producir oxígeno, cuya presencia varió sustancialmente la Tierra y creó las condiciones favorables para que surgiera la vida posterior y evolucionara hasta llegar a lo que conocemos hoy. El origen de la vida no tiene por qué haberse producido de una sóla forma", explica Felipe Gómez.

Más complejo y dinámico

Los hallazgos de filamentos orgánicos de la región de Pilbara son imprescindibles para comprender los albores de la vida. El Dr. David Fernández Remolar, paleontólogo del Centro de Astrobiología señala que "ahora tenemos la certeza de que era más compleja, más dinámica y diversificada: aprovechó cualquier tipo de fuente de energía disponible que le ofreció el medio. Además, más que solucionar viejas dudas sobre la aparición de la vida en nuestro planeta, plantea nuevos interrogantes.

Por ejemplo, ¿fue el primer microorganismo fotosintético, quimiosintético o heterótrofo? ¿Pudieron convivir las tres formas de vida inmediatamente, después de la primera célula? De momento, el árbol de la vida (que representa las relaciones filogenéticas de los principales grupos de organismos) no resuelve la secuencia de innovaciones evolutivas en el tiempo. Por otra parte, si los rayos ultravioleta son letales para todos los organismos, incluidos los fotosintéticos, ¿cómo es posible que se tenga registro de comunidades de estos microorganismos en medios someros?".

Hasta hace poco, el modelo de la secuencia de innovaciones evolutivas de los organismos estaba bien establecido. El escudo atmosférico fue producido por la emisión de oxígeno de organismos fotosintéticos durante los miles de millones de años correspondientes al Arcaico y Proterozoico. Cuando se alcanzó una concentración adecuada, hace 1.500 millones de años, tuvo lugar la aparición de los primeros eucariotas, que requieren una concentración de oxígeno elevada para su supervivencia. Sin embargo, en el verano pasado, un grupo de geólogos del Servicio Geológico de Australia presentó en la revista “Science” evidencias sobre la presencia de eucariotas unicelulares en rocas de más de 2.000 millones de años, que se formaron en unas condiciones de deficiencia de oxígeno.

Un gran problema al que se expone cualquier geólogo de rocas tan antiguas es el control de la contaminación de las muestras por microorganismos más modernos o recientes. Sin embargo, el Dr. Rasmussen aporta diferentes evidencias que demuestran la antigüedad de los restos. En primer lugar, las rocas muestreadas fueron obtenidas por debajo del nivel freático y a una profundidad máxima de 350 metros.

En segundo lugar, las rocas no presentan evidencias de alteración por fluidos superficiales recientes. "Sin, embargo, la prueba más concluyente es el reemplazamiento de la composición original de los fósiles por sulfuros metálicos de la misma composición y origen que los que aparecen en el yacimiento de sulfuros masivos, cuya mineralización coincide con la intrusión del granito de 3.235 millones de años de edad", señala Felipe Gómez.

Origen biológico

Una vez confirmada la antigüedad de los restos, se debe asegurar el origen biológico de los mismos. "En este caso, el Dr. Rasmussen indica que el tamaño y la disposición de los filamentos en la matriz mineral son semejantes a las estructuras filamentosas observadas en biopelículas y mallas microbianas y en comunidades de fuentes calientes. La variación en la orientación de los filamentos dependería de la disponibilidad de nutrientes y variación en los parámetros ambientales", explica Nuria Rodríguez.

Aún queda por aclarar cómo el progenote (la primera célula que vivió en la Tierra) se organizó como ser aislado y comenzó a vivir, a evolucionar y a desarrollarse hasta dar lugar al hombre.

Los microbiólogos Felipe Gómez y Nuria Rodríguez y el paleontólogo David Fernández Remolar, del Centro de Astrobiología, trabajan en extremófilos, microorganismos que viven en ambientes extremos, y precisamente en quimiolitótrofos, que se localizan en Río Tinto (Huelva) "un río donde el PH es muy ácido y donde la concentración de metales es muy elevada", señala el Dr. Gómez.

El estudio de estos microorganismos, los mismos que pudieron originar la vida en la Tierra, nos puede llegar a permitir utilizarlos en biominería. Estas bacterias pueden producir biolixivación: oxidan los sulfuros metálicos y producen sulfatos solubles. Liberan metales que pueden ser recuperables. "Otra de sus aplicaciones prácticas es la desulfuración de combustibles fósiles o de petróleo, gracias a la cual podemos reducir la concentración de óxidos de azufre y reducir la contaminación", señala Felipe Gómez.

Pero si los últimos descubrimientos confirman el origen de la vida, "será un éxito rotundo puesto que de una vez por todas habríamos descifrado el gran enigma de la naturaleza. Pero también nos abrirá muchas puertas a la investigación espacial", avanza Felipe Gómez. El estudio de estas bacterias permite desarrollar modelos de vida que, si dieron lugar al surgimiento de la vida en la Tierra, también pudieron haberlo hecho en otros planetas del Universo.

"En el Centro de Astrobiología y a partir de estos microorganismos quimiolitótrofos, estamos estudiando la posibilidad de encontrarlos también en Marte, donde existen evidencias de que hubo agua y aún podría haberla en los casquetes polares y en el permafrost, bajo la superficie. Y si éstas bacterias evolucionaron en la Tierra, ¿por qué no pudieron haberlo hecho también en otros sistemas planetarios?", concluye Gómez.

Organismos sencillos, procesos complajos

¿En qué condiciones ambientales apareció la vida? ¿Se desarrolló en regiones litorales de océanos a temperaturas moderadas O aparecieron los primeros microorganismos en áreas de gran profundidad, asociados a sistemas hidrotermales de complejos vulcanosedimentarios? ¿Dependieron los primeros seres vivos de moléculas orgánicas como alimento o pudieron sintetizar su maquinaria biológica a partir de fuentes de energía, como la luz solar o compuestos inorgánicos reducidos?

El Dr. Birger Rasmussen ha publicado en “Nature” un artículo en el que aporta evidencias de que formas de vida quimioautófrofas e hipertermófilas pudieron aparecer en ambientes hidrotermales de medios marinos profundos análogos a los humeros negros abisales. Los microfósiles se han descubierto nuevamente en la región de Pilbara, en depósitos arcaicos de sulfuros masivos de origen volcánico. A pesar de su edad, unos 3.260 millones de años, las rocas se encuentran bien conservadas y sólo presentan un meta- morfismo de grado muy bajo. Consisten en materiales de sílice sedimentaria y rocas volcanosedimentarias que cubren una sucesión de rocas volcánicas oceánicas. El conjunto de esas rocas aparece intuído por el granito Strelley, consolidado hace 3.235 millones de años y sincrónico con la actividad hidrotermal.

Los microfósiles fueron localizados en rocas compuestas que proceden de la mineralización tardía de la sílice hidrotermal. A pesar de encontrarse en un medio con aporte hidrotermal de iones, los filamentos de microorganismo se llegaron a conservar debido a una mineralización rápida y temprana de sílice microcristalina, que actuó como escudo al aporte de nuevo material hidrotermal. Estos restos consisten en hiladas no ramificadas de grosor uniforme, diámetro entre 0,5 y 2 micras y una longitud máxima de 300 micras. Aunque su disposición es aleatoria, tienden a adoptar una orientación paralela o perpendicular a las bandas hacia el exterior de las mismas.
Si el origen biológico de los filamentos es cierto y no resulta de una contaminación post-arcaica, se abren nuevos horizontes sobre el escenario ecológico de la aparición de la vida sobre la Tierra.

Recopilando todos los datos de tipo geológico y paleontológico se llega a la conclusión de que representan trazas fosilizadas de microorganismos hipertermófilos quimiolitótrofos. En la Tierra primitiva el gradiente geotérmico era mucho mayor, por lo que las fuentes hidrotermales serían ambientes comunes en el substrato marino profundo. A ello ayudó la ausencia del escudo atmosférico que, en forma de ozono, protege en la actualidad la biosfera terrestre. Puesto que estos ambientes aparecen a grandes profundidades, serían medios idóneos para el desarrollo de comunidades estables
Posiblemente, la biota del Arcaico estuvo representada por organismos sencillos, pero involucrados en procesos evolutivos y ecológicos complejos.