Cristales de 4.000 millones de años aportan pruebas del origen de la vida

¿Cómo era la Tierra hace más de 4.000 millones de años? Esta época es anterior a que los humanos grabaran palabras en piedra, a que los árboles registraran el paso del tiempo en sus anillos, a que la tectónica de placas doblara la superficie terrestre y expusiera sus capas antiguas en forma de cordilleras montañosas crecientes.

Pero los científicos sí tienen algunas pruebas: un nuevo estudio publicado en Scientific Reports abre una nueva vía para estudiar el surgimiento de la vida al demostrar el papel que jugó el vidrio en un experimento histórico que recreó las condiciones del origen de la vida. Se trata del experimento realizado por el químico estadounidense Stanley Miller (1930-2007) en 1952 para simular las condiciones que habrían dado origen a la vida en la Tierra primigenia. 

El ensayo, que combinó agua, gases y electricidad para recrear las piezas fundamentales de la vida, no tuvo en cuenta algo fundamental: “Hemos demostrado que el éxito del experimento se debe en gran parte a la superficie del reactor de vidrio que utilizó Miller”, señala el investigador del CSIC Juan Manuel García Ruiz, del Instituto Andaluz de Ciencias de la Tierra. “Miller simuló el océano y la atmósfera de la Tierra primitiva, pero se olvidó de las rocas. Su papel crucial estaba oculto en las paredes de vidrio del reactor que utilizó”, añade.

En el 2018, un estudio publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences ya trataba de resolver el enigma con un mineral extremadamente duro conocido como zircón. Los cristales de zircón son prácticamente indestructibles; algunos que existen en la actualidad tienen casi 4.400 millones de años.

Son como capsulitas del tiempo que conservan las huellas químicas de su época extremadamente primitiva. «Básicamente, es nuestra única ventana a las etapas formativas de nuestro planeta», afirma Dustin Trail de la Universidad de Rochester.

Al descifrar estas pistas químicas, los científicos pueden desentrañar poco a poco los entornos que albergaron los primeros destellos de vida. Pero el aspecto exacto de la superficie de entonces ha sido un misterio durante años.

Mediante las huellas químicas de los zircones, el equipo identificó una gama de sedimentos que probablemente estuvieran presentes en la Tierra primitiva, donde podrían haberse producido las reacciones bioquímicas más antiguas del planeta.

El reciclador definitivo

Cuando la Tierra empezó a formarse, hace más de 4.500 millones de años, lo más probable es que su superficie no se pareciera en absoluto a la actual. Los científicos solían pintar este periodo —conocido como eón Hádico por Hades, el dios griego del inframundo— como un paisaje ardiente bajo constantes ataques meteóricos, repleto de volcanes que expulsaban lava sobre la superficie.

Pero todo esto se basa en deducciones, ya que no quedan pruebas físicas de los primeros cientos de millones de años de la Tierra. «La Tierra ha borrado muy bien parte de esa información», afirma Trail. Nuestro planeta es el reciclador definitivo. La tectónica de placas convierte constantemente la roca antigua en roca nueva y los flujos de lava la endurecen formando paisajes frescos.

Sin embargo, los cristales de zircón son tan duros que suelen sobrevivir a las intensas temperaturas y presiones de este proceso de reciclaje, conservando pruebas de los entornos donde se formaron originalmente. Empleando isótopos de oxígeno de zircón, los investigadores habían descubierto que el agua líquida cubría partes de nuestro planeta hace unos 4.300 millones de años, lo que sugiere que la superficie se enfrió solo unos cientos de millones de años después de la formación de nuestro planeta. El año pasado, los investigadores descubrieron los posibles indicios de esta vida primitiva en forma de inclusiones ricas en carbono en zircones de 4.100 millones de años.

Pero, aparte de esta información, el escenario de la superficie terrestre durante esta época —incluidos los entornos que podrían haber dado lugar a estas primeras chispas de vida— sigue siendo un misterio en gran medida.

«Si podemos empezar a limitar los tipos de materiales que existían en aquella época, quizá nos acerquemos un poco más a comprender cómo las reacciones bioquímicas, o reacciones prebióticas, habrían usado la corteza de aquella época como sustrato», explica Trail.

Restos químicos

En busca de respuestas, Trail y sus colegas recurrieron al silicio y al oxígeno. Juntos, estos elementos componen aproximadamente el 75 por ciento de las rocas de la Tierra moderna. Y ambos tienen una característica útil: tienen más de un tipo, o isótopo.

La formación y transformación de rocas modifica su huella isotópica. Por ejemplo, las rocas que se forman por el enfriamiento de la lava poseen firmas muy diferentes a las arcillas que proceden de rocas erosionadas. Y los zircones —que comenzaron siendo tipos de roca y sedimentos diferentes antes de quedar sepultados en las profundidades de la Tierra, fundirse y cristalizarse— todavía contienen señales de esos primeros sedimentos.

Para llevar a cabo el delicado análisis del silicio y el oxígeno que contenían los zirconios, el equipo recurrió a la microsonda de iones de alta resolución de la Universidad de California, Los Ángeles, que emite un delicado haz de átomos cargados sobre las muestras diminutas y mide los iones expulsados que rebotan.

Para la prueba, recopilaron zircones de poco más de 4.000 millones de años —cada uno de unos 100 micrones de diámetro, o la anchura aproximada de un pelo humano— de la región de Jack Hills, en Australia Occidental. Trail explica que compararon la composición química de estos antiguos minerales con la de zircones más jóvenes de orígenes más concretos como «puente» para ayudarles a interpretar las diferentes proporciones de isótopos.

Una imagen de la Tierra primitiva

Más de la mitad de los zircones antiguos analizados revelan interacciones primitivas entre el agua y la roca en una serie de entornos diferentes.

Algunos zircones contienen la firma química de rocas erosionadas por el agua para formar arcilla. Otros zircones contienen las señales de minerales disueltos que se cristalizan para formar rocas como chert o formaciones de hierro bandeado en lagos u océanos. Por su parte, otros poseen la firma de un proceso conocido como serpentinización, cuyo nombre se debe a que su textura y color son similares a la piel de serpiente. Durante este proceso, el agua reacciona con las rocas enriquecidas con hierro y magnesio, incorporándose a las estructuras minerales.

Lo que es más importante: cada uno de estos procesos crea un nuevo nicho medioambiental que pudo propiciar las primeras reacciones bioquímicas, los atisbos de la vida primitiva.

«Es un resultado alucinante», afirma Elizabeth Bell, geoquímica de la Universidad de California, Los Ángeles, que no participó en la investigación. Señala que muchos de estos procesos son casi indistinguibles a partir de los isótopos de oxígeno y afirma que el uso del silicio es «muy importante».

Bell dirigió la investigación de 2017 que identificó indicios de una biosfera en zircones de 4.100 millones de años. Los resultados recientes respaldan sus hallazgos y otras interpretaciones de la Tierra primitiva. «Es como si todo se uniera en una bonita imagen», afirma.

Todo lo que tenemos a nuestro alrededor (y en nuestro interior) procedía del polvo estelar y de los primeros procesos que formaron cada molécula, mineral y organismo complejo actual, desde tu teléfono móvil a la comida que tomas, pasando por el corazón que te late en el pecho. Y los científicos solo acaban de empezar a desentrañar sus orígenes.

«Nos encontramos en un punto muy interesante», afirma Trail. «Empezamos a reconstruir la apariencia de nuestro planeta hace más de 4.000 millones de años. Y es bastante emocionante».

Este artículo se publicó originalmente en inglés en nationalgeographic.com.