La recreación del agua de mar antigua revela los nutrientes que dieron forma a la evolución de la vida temprana

Los científicos saben muy poco sobre las condiciones en los océanos cuando la vida evolucionó por primera vez, pero una nueva investigación publicada en 2018 ciencias naturales de la tierra Ha revelado cómo los procesos geológicos controlan los nutrientes disponibles para impulsar su desarrollo.

Toda la vida utiliza nutrientes como el zinc y el cobre para producir proteínas. Las formas de vida más antiguas evolucionaron en el Arcaico, tres mil quinientos millones de años antes de que aparecieran los dinosaurios. Estos microbios mostraron preferencia por metales como el molibdeno y el manganeso en comparación con sus homólogos más recientes. Se cree que esta preferencia refleja la disponibilidad de minerales en el océano en ese momento.

Investigadores de la Universidad de Ciudad del Cabo (UCT) y la Universidad de Oxford han recreado agua de mar antigua en el laboratorio. Descubrieron que la granalita, un mineral común en las rocas arcaicas, se forma rápidamente y elimina zinc, cobre y vanadio en el proceso.

Cuando se formó granalita en los primeros océanos, estos minerales se eliminaron del agua de mar, haciéndola rica en otros minerales, como manganeso, molibdeno y cadmio. Curiosamente, los minerales que predijeron que serían más abundantes en las aguas del mar Arcaico coincidían con los elegidos por las primeras formas de vida, lo que explica por qué fueron favorecidos durante la evolución temprana.

«Nos emocionamos mucho cuando notamos que nuestros resultados coincidían con las expectativas de los biólogos que utilizaban un enfoque completamente diferente», dijo la investigadora principal, la Dra. Rosalie Tostevin (Universidad de Oxford en el momento del estudio y ahora profesora titular en el Departamento de Geociencias). en la Universidad de Ciudad del Cabo). «Siempre es reconfortante que especialistas de otros campos lleguen a resultados similares».

Los científicos coinciden en que las aguas del Mar Arcaico eran muy diferentes a las actuales: contenían más hierro y sílice disueltos y poco o nada de oxígeno. Sin embargo, hay poco acuerdo sobre otros aspectos de la química del agua de mar, como la concentración de nutrientes.

«No podemos retroceder en el tiempo para tomar muestras de agua de mar y analizarla, por lo que reconstruir las condiciones arcaicas es un gran desafío. Un enfoque es observar la composición química de las rocas sedimentarias, pero la química de rocas muy antiguas a veces se ha alterado. » Dijo Tostevin. «En lugar de eso, decidimos crear una versión en miniatura del agua de mar antigua en el laboratorio, donde pudimos observar directamente lo que estaba sucediendo».

Tostevin y su colega Imad Ahmed recrearon agua de mar arcaica dentro de una cámara especial sin oxígeno y observaron cómo comenzaba a formarse la granalita. Observaron cambios dramáticos en las concentraciones de metales en el agua de mar a medida que se formaban los minerales. Utilizaron espectroscopia de absorción de rayos X en la fuente de luz de diamante sincrotrón para demostrar la entrada de minerales en minerales. En cambio, otros minerales no se vieron afectados por este proceso y permanecieron en niveles elevados en el agua de mar.

«Sabemos que la granalita era importante en la Tierra primitiva porque la seguimos encontrando en rocas antiguas, como el mineral de hierro en el Cabo Norte, Sudáfrica, y rocas similares en Australia», dijo Tostevin. «Creemos que esta puede haber sido una «No sabemos exactamente cómo se formó la granalita en la naturaleza. Una posibilidad es que se haya formado en las profundidades del océano en respiraderos hidrotermales. Pero también es posible que se haya formado en aguas poco profundas, dondequiera que haya Hubo un ligero cambio en el pH».

Tostevin y Ahmed decidieron realizar sus experimentos en ambos tipos de condiciones y descubrieron que, independientemente de cómo se formara la granalita, eliminaba los minerales de forma similar.

Una pregunta que preocupaba a los investigadores era si los minerales permanecerían retenidos durante mucho tiempo o regresarían al agua de mar después de varios meses o años. Para probar esto, calentaron minerales para imitar lo que sucede en la naturaleza cuando se entierran y se cristalizan. Los minerales permanecieron atrapados en el metal, lo que sugiere que se trataba de un sumidero permanente de minerales que habrían influido profundamente en el agua de mar primitiva.