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Formas de vida más antiguas conocidas

En los precipitados de los respiraderos hidrotermales se han encontrado pruebas de posiblemente las formas de vida más antiguas de la Tierra . [1]

Las formas de vida más antiguas conocidas en la Tierra pueden tener hasta 4.100 millones de años (o Ga ), según el grafito biológicamente fraccionado dentro de un solo grano de circón en la cordillera Jack Hills de Australia. [2] La evidencia más temprana de vida encontrada en una unidad estratigráfica , no solo en un solo grano mineral, son las rocas metasedimentarias de 3,7 Ga que contienen grafito del cinturón supracrustal de Isua en Groenlandia . [3] La vida terrestre más antigua conocida puede ser los estromatolitos que se han encontrado en una geyserita de 3.480 mil millones de años descubierta en la Formación Dresser del Cratón Pilbara de Australia Occidental. [4] Se han encontrado varios microfósiles de microorganismos en rocas de 3,4 Ga, incluidas rocas de pedernal Apex de 3.465 millones de años de antigüedad de la misma región del cratón australiano , [5] y en precipitados de respiraderos hidrotermales de 3,42 Ga de Barberton, Sudáfrica . [1] Mucho más tarde en el registro geológico, probablemente a partir de 1,73 Ga, los compuestos moleculares conservados de origen biológico son indicativos de vida aeróbica . [6] Por lo tanto, el momento más temprano para el origen de la vida en la Tierra es hace al menos 3.500 millones de años, posiblemente tan pronto como hace 4.100 millones de años, no mucho después de que se formaran los océanos hace 4.500 millones de años y después de la formación de la Tierra 4.54 hace mil millones de años. [7]

Biosferas

La Tierra es el único lugar del universo que se sabe que alberga vida donde existe en múltiples entornos. [8] [9] El origen de la vida en la Tierra fue hace al menos 3.500 millones de años, posiblemente hace entre 3.800 y 4.100 millones de años. [2] [3] [4] Desde su aparición, la vida ha persistido en varios entornos geológicos. La biosfera de la Tierra se extiende hasta al menos 10 km (6,2 millas) por debajo del fondo marino, [10] [11] hasta 41 a 77 km (25 a 48 millas) [12] [13] en la atmósfera , [14] [ 15] [16] e incluye suelo , respiraderos hidrotermales y roca . [17] [18] Además, se ha descubierto que la biosfera se extiende al menos 914,4 m (3000 pies; 0,5682 millas) por debajo del hielo de la Antártida [19] [20] e incluye las partes más profundas del océano . [21] [22] [23] [24] En julio de 2020, biólogos marinos informaron que se encontraron microorganismos aeróbicos (principalmente) en " animación cuasi suspendida " en sedimentos orgánicamente pobres a 76,2 m (250 pies) debajo del fondo marino en el South Pacific Gyre (SPG) ("el lugar más muerto del océano"). [25] Se han encontrado microbios en el desierto de Atacama en Chile , uno de los lugares más secos de la Tierra, [26] y en ambientes de respiraderos hidrotermales de aguas profundas que pueden alcanzar temperaturas superiores a 400 °C. [27] Las comunidades microbianas también pueden sobrevivir en condiciones frías de permafrost de hasta -25 °C. [28] Bajo ciertas condiciones de prueba, se ha observado que formas de vida sobreviven en el vacío del espacio exterior . [29] [30] Más recientemente, estudios realizados en la Estación Espacial Internacional encontraron que las bacterias podrían sobrevivir en el espacio exterior . [31] En febrero de 2023, se informaron hallazgos de un " microbioma oscuro " de microorganismos desconocidos en el desierto de Atacama en Chile , una región del planeta Tierra similar a Marte . [32]

Evidencia geoquímica

La edad de la Tierra es de unos 4.540 millones de años; [33] [34] [35] la evidencia indiscutible más antigua de vida en la Tierra data de hace al menos 3.500 millones de años según el registro de estromatolitos. [36] Algunos modelos informáticos sugieren que la vida comenzó hace 4.500 millones de años. [37] [38] La evidencia más antigua de vida es indirecta en forma de fraccionamiento isotópico . Los microorganismos utilizarán preferentemente el isótopo más ligero de un átomo para formar biomasa, ya que se necesita menos energía para romper los enlaces de los procesos metabólicos. [39] El material biológico a menudo tendrá una composición enriquecida en isótopos más ligeros en comparación con la roca circundante en la que se encuentra. Los isótopos de carbono , expresados ​​científicamente en partes por mil de diferencia con respecto a un estándar como δ 13 C , se utilizan con frecuencia para detectar la fijación de carbono. por organismos y evaluar si la supuesta evidencia de vida temprana tiene orígenes biológicos. Normalmente, la vida metabolizará preferentemente el isótopo isotópicamente ligero de 12 C en lugar del isótopo de 13 C, más pesado. El material biológico puede registrar este fraccionamiento del carbono.

Los circones en metaconglomerados de Jack Hills en Australia muestran evidencia isotópica de carbono de la vida temprana.

La evidencia geoquímica discutida más antigua de vida es el grafito isotópicamente ligero dentro de un solo grano de circón de Jack Hills en Australia Occidental. [40] [41] El grafito mostró una firma de δ 13 C consistente con el carbono biogénico en la Tierra. Otra evidencia temprana de vida se encuentra en rocas tanto de la Secuencia Akilia [42] como del Cinturón Supracrustal de Isua (ISB) en Groenlandia. [43] [44] Estas rocas metasedimentarias de 3,7 Ga también contienen grafito o inclusiones de grafito con firmas de isótopos de carbono que sugieren fraccionamiento biológico.

El principal problema con la evidencia isotópica de vida es que los procesos abióticos pueden fraccionar isótopos y producir firmas similares a los procesos bióticos. [45] La reevaluación del grafito de Akilia muestra que el metamorfismo, los mecanismos de Fischer-Tropsch en ambientes hidrotermales y los procesos volcánicos pueden ser responsables del enriquecimiento de isótopos de carbono más ligeros. [46] [47] [48] Las rocas ISB que contienen grafito pueden haber experimentado un cambio en la composición de los fluidos calientes, es decir, metasomatismo , por lo que el grafito puede haberse formado mediante reacciones químicas abióticas. [45] Sin embargo, el grafito del ISB es generalmente más aceptado como de origen biológico después de un análisis espectral adicional . [43] [44]

Las rocas metasedimentarias de la Formación Dresser de 3,5 Ga, que experimentaron menos metamorfismo que las secuencias de Groenlandia, contienen evidencia geoquímica mejor conservada. [49] Los isótopos de carbono y los isótopos de azufre que se encuentran en la barita , que se fraccionan mediante metabolismos microbianos durante la reducción de sulfato, [50] son ​​consistentes con procesos biológicos. [51] [52] Sin embargo, la formación Dresser se depositó en un ambiente volcánico e hidrotermal activo, [49] y los procesos abióticos aún podrían ser responsables de estos fraccionamientos. [53] Muchos de estos hallazgos se complementan con evidencia directa, sin embargo, generalmente por la presencia de microfósiles .

Evidencia fósil

Los fósiles son evidencia directa de vida. En la búsqueda de la vida más antigua, los fósiles suelen complementarse con evidencia geoquímica. El registro fósil no se remonta tan atrás como el registro geoquímico debido a procesos metamórficos que borran los fósiles de las unidades geológicas.

Estromatolitos

Los estromatolitos son estructuras sedimentarias laminadas creadas por organismos fotosintéticos cuando establecen una capa microbiana sobre la superficie del sedimento. Una distinción importante para la biogenicidad son sus estructuras convexas y laminaciones onduladas, que son típicas de las comunidades microbianas que se construyen preferentemente hacia el sol. [54] Un informe controvertido de estromatolitos proviene de los metasedimentos de 3,7 Ga Isua que muestran morfologías convexas, cónicas y domicas. [55] [56] [57] Un análisis mineralógico adicional no está de acuerdo con los hallazgos iniciales de láminas internas convexas hacia arriba, un criterio crítico para la identificación de estromatolitos, lo que sugiere que las estructuras pueden ser características de deformación (es decir, boudins ) causadas por la tectónica extensional en Isua. Cinturón Supracrustal. [58] [59]

Fósil de estromatolito que muestra estructuras convexas.

La evidencia directa más temprana de vida son los estromatolitos encontrados en un pedernal de 3.480 millones de años de antigüedad en la formación Dresser del Cratón de Pilbara en Australia Occidental. [4] Varias características de estos fósiles son difíciles de explicar mediante procesos abióticos, por ejemplo, el engrosamiento de las láminas sobre las crestas de flexión que se espera de una mayor luz solar. [60] Los isótopos de azufre de las vetas de barita en los estromatolitos también favorecen un origen biológico. [61] Sin embargo, si bien la mayoría de los científicos aceptan su biogenicidad, las explicaciones abióticas para estos fósiles no pueden descartarse por completo debido a su entorno de depósito hidrotermal y a la evidencia geoquímica debatida. [62]

La mayoría de los estromatolitos arcaicos de más de 3,0 Ga se encuentran en Australia o Sudáfrica. Se han identificado estromatolitos estratiformes del cratón Pilbara en el basalto del monte Ada de 3,47 Ga. [63] Barberton, Sudáfrica, alberga estromatolitos estratiformes en las formaciones 3,46 Hooggenoeg, 3,42 Kromberg y 3,33 Ga Mendon del grupo Onverwacht . [64] [65] La Formación Strelley Pool de 3,43 Ga en Australia Occidental alberga estromatolitos que demuestran cambios verticales y horizontales que pueden demostrar comunidades microbianas que responden a condiciones ambientales transitorias. [66] Por lo tanto, es probable que la fotosíntesis anoxigénica u oxigénica haya estado ocurriendo desde al menos 3,43 Ga de la Formación Strelley Pool. [67]

Microfósiles

Las afirmaciones de que la vida más antigua utilizó microorganismos fosilizados ( microfósiles ) provienen de precipitados de respiraderos hidrotermales de un antiguo lecho marino en el cinturón Nuvvuagittuq de Quebec, Canadá. Estos pueden tener hasta 4.280 millones de años, lo que la convertiría en la evidencia más antigua de vida en la Tierra, lo que sugiere "un surgimiento casi instantáneo de vida" después de la formación del océano hace 4.410 millones de años . [68] [69] Estos hallazgos pueden explicarse mejor mediante procesos abióticos: por ejemplo, las aguas ricas en sílice, [70] los "jardines químicos", [71] los fluidos hidrotermales circulantes, [72] y las eyecciones volcánicas [73] pueden producir morfologías similares a las presentadas en Nuvvuagittuq.

Las arqueas ( microbios procarióticos ) se encontraron por primera vez en ambientes extremos , como los respiraderos hidrotermales .

La formación Dresser de 3,48 Ga alberga microfósiles de filamentos procarióticos en vetas de sílice, la evidencia fósil más antigua de vida en la Tierra, [74] pero sus orígenes pueden ser volcánicos. [75] Las rocas de pedernal australiano Apex de 3.465 millones de años de antigüedad pueden haber contenido microorganismos , [76] [77] aunque la validez de estos hallazgos ha sido cuestionada. [78] [79] Se han identificado en Sudáfrica "putativos microfósiles filamentosos", posiblemente de metanógenos y/o metanótrofos que vivieron hace aproximadamente 3.420 millones de años en "un sistema de venas hidrotermales del fondo paleosubmarino del cinturón de piedra verde de Barberton" . ". [1] Se ha encontrado un conjunto diverso de morfologías de microfósiles en la Formación Strelley Pool de 3,43 Ga, incluidas microestructuras esferoides, lenticulares y similares a películas. [80] Su biogenicidad se ve reforzada por su preservación química observada. [81] La litificación temprana de estas estructuras permitió que importantes trazadores químicos, como la relación carbono-nitrógeno , se retuvieran en niveles más altos de lo que es típico en unidades de roca metamorfoseadas más antiguas.

Biomarcadores moleculares

Los biomarcadores son compuestos de origen biológico que se encuentran en el registro geológico y que pueden vincularse a vidas pasadas. [82] Aunque no se conservaron hasta finales del Arcaico, son indicadores importantes de la vida fotosintética temprana . Los lípidos son biomarcadores particularmente útiles porque pueden sobrevivir durante largos períodos de tiempo geológico y reconstruir ambientes pasados. [83]

Los lípidos se utilizan comúnmente en estudios geológicos para encontrar evidencia de fotosíntesis oxigénica .

Se informaron lípidos fosilizados en lutitas laminadas de 2,7 Ga del Cratón Pilbara [84] y del Cratón Kaapvaal de 2,67 Ga en Sudáfrica. [85] Sin embargo, se debatió la edad de estos biomarcadores y si su deposición era sincrónica con sus rocas anfitrionas, [86] y trabajos posteriores demostraron que los lípidos eran contaminantes. [87] Los biomarcadores "claramente autóctonos" [88] más antiguos son de la Formación Barney Creek de 1,64 Ga en la Cuenca McArthur en el norte de Australia, [89] [90] pero también se han identificado hidrocarburos de la Formación Wollogorang de 1,73 Ga en la misma cuenca. detectado. [88]

Otros biomarcadores autóctonos pueden datarse en la era Mesoproterozoica (1,6-1,0 Ga). La Formación Hongshuizhuang de 1,4 Ga en el Cratón del Norte de China contiene hidrocarburos en lutitas que probablemente se obtuvieron de procariotas . [91] Se encontraron biomarcadores en limolitas del grupo Roper de 1,38 Ga de la cuenca McArthur. [92] Se informaron hidrocarburos posiblemente derivados de bacterias y algas en la Formación Xiamaling de 1,37 Ga del NCC. [93] El grupo 1.1 Ga Atar/El Mreïti en la cuenca de Taoudeni , Mauritania, muestra biomarcadores autóctonos en lutitas negras. [94]

evidencia genómica

Al comparar los genomas de los organismos modernos (en los dominios Bacteria y Archaea ), es evidente que existió un último ancestro común universal (LUCA). Se cree que LUCA no fue la primera vida en la Tierra, sino más bien el único tipo de organismo de su época que aún tiene descendientes vivos. En 2016, MC Weiss y sus colegas propusieron un conjunto mínimo de genes que ocurrían cada uno en al menos dos grupos de bacterias y dos grupos de arqueas. Argumentaron que sería poco probable que tal distribución de genes surgiera mediante transferencia horizontal de genes , por lo que dichos genes deben haberse derivado de LUCA. [95] Un modelo de reloj molecular sugiere que LUCA pudo haber vivido hace 4.477-4.519 mil millones de años, dentro del eón Hadeano . [37] [38]

replicadores de ARN

Se demostró que los microambientes geotérmicos modelo Hadeanos tienen el potencial de sustentar la síntesis y replicación del ARN y, por lo tanto, posiblemente la evolución de la vida primitiva. [96] Se demostró que los sistemas de rocas porosas, que comprenden interfaces aire-agua calentadas, facilitan la replicación de ARN catalizada por ribozima de cadenas sentido y antisentido y luego la posterior disociación de las cadenas [96] . Esto permitió la síntesis, liberación y plegamiento combinados de ribozimas activas [96] .

Trabajo adicional sobre la vida temprana

¿Origen extraterrestre de la vida temprana?

La teoría de la panspermia especula que la vida en la Tierra puede provenir de materia biológica transportada por polvo espacial [97] o meteoritos . [98]

Si bien la evidencia geoquímica actual fecha el origen de la vida posiblemente en 4,1 Ga, y la evidencia fósil muestra vida en 3,5 Ga, algunos investigadores especulan que la vida pudo haber comenzado hace casi 4,5 mil millones de años. [37] [38] Según el biólogo Stephen Blair Hedges , "Si la vida surgió relativamente rápido en la Tierra... entonces podría ser común en el universo ". [99] [100] [101] Se ha considerado la posibilidad de que formas de vida terrestres hayan sido sembradas desde el espacio exterior. [102] [103] En enero de 2018, un estudio encontró que los meteoritos de 4.500 millones de años encontrados en la Tierra contenían agua líquida junto con sustancias orgánicas complejas prebióticas que pueden ser ingredientes para la vida . [104]

Vida temprana en tierra

En cuanto a la vida en la tierra, en 2019 los científicos informaron sobre el descubrimiento de un hongo fosilizado , llamado Ourasphaira giraldae , en el Ártico canadiense , que pudo haber crecido en la tierra hace mil millones de años, mucho antes de que se cree que las plantas vivían en la tierra. [105] [106] [107] La ​​vida más temprana en la tierra puede haber sido bacterias hace 3,22 mil millones de años. [108] Es posible que se hayan encontrado pruebas de vida microbiana en la tierra en una geyserita de 3.480 millones de años de antigüedad en el cratón de Pilbara en Australia Occidental. [109] [110]

Galería

Ver también

Notas

Referencias

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