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Las primeras formas de vida conocidas

Se han encontrado evidencias de posiblemente las formas de vida más antiguas de la Tierra en precipitados de fuentes hidrotermales . [1]

Las primeras formas de vida conocidas en la Tierra pueden tener una antigüedad de 4.100 millones de años (o Ga ) según el grafito biológicamente fraccionado dentro de un único 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 único grano mineral, son las rocas metasedimentarias de 3,7 Ga que contienen grafito del Cinturón Supracrustal de Isua en Groenlandia . [3] La vida directa más antigua conocida en la tierra pueden ser los estromatolitos que se han encontrado en geiserita de 3.480 millones de años descubierta en la Formación Dresser del Cratón de Pilbara en Australia Occidental. [4] Se han encontrado varios microfósiles de microorganismos en rocas de 3,4 Ga, incluidas rocas de sílex Apex de 3.465 millones de años 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 preservados 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 como máximo hace 3.500 millones de años, posiblemente tan temprano 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 hace 4.540 millones de años. [7]

Biosferas

La Tierra es el único lugar del universo conocido 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 3.800-4.100 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 mi) por debajo del fondo marino, [10] [11] hasta 41–77 km (25–48 mi) [12] [13] dentro de la atmósfera , [14] [15] [16] e incluye suelo , fuentes hidrotermales y roca . [17] [18] Además, se ha descubierto que la biosfera se extiende al menos 914,4 m (3000 pies; 0,5682 mi) 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, los biólogos marinos informaron que se encontraron microorganismos aeróbicos (principalmente) en " animación cuasi suspendida " en sedimentos orgánicamente pobres a 76,2 m (250 pies) por debajo del fondo marino en el Giro del Pacífico Sur (SPG) ("el punto 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 entornos de respiraderos hidrotermales de aguas profundas que pueden alcanzar temperaturas superiores a 400 °C. [27] Las comunidades microbianas también pueden sobrevivir en condiciones de permafrost frío hasta -25 °C. [28] En determinadas condiciones de prueba, se ha observado que las 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 los hallazgos de un " microbioma oscuro " de materia oscura microbiana de microorganismos desconocidos en el desierto de Atacama en Chile , una región similar a Marte del planeta Tierra . [32]

Evidencia geoquímica

La edad de la Tierra es de unos 4.540 millones de años; [7] [33] [34] la evidencia indiscutible más antigua de vida en la Tierra data de al menos 3.500 millones de años según el registro de estromatolitos. [35] Algunos modelos informáticos sugieren que la vida comenzó hace 4.500 millones de años. [36] [37] 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 construir biomasa, ya que se necesita menos energía para romper los enlaces para los procesos metabólicos. [38] 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 de un estándar como δ 13 C , se utilizan con frecuencia para detectar la fijación de carbono por parte de los organismos y evaluar si la supuesta evidencia de vida temprana tiene orígenes biológicos. Por lo general, la vida metabolizará preferentemente el isótopo 12 C, que es isotópicamente ligero, en lugar del isótopo 13 C, que es 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 para vida temprana.

La evidencia geoquímica más antigua y disputada de vida es el grafito isotópicamente ligero dentro de un solo grano de circón de Jack Hills en Australia Occidental. [2] [39] 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 [40] como del cinturón supracrustal de Isua (ISB) en Groenlandia. [3] [41] 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 problema principal con la evidencia isotópica de vida es que los procesos abióticos pueden fraccionar isótopos y producir firmas similares a los procesos bióticos. [42] La reevaluación del grafito de Akilia muestra que el metamorfismo, los mecanismos de Fischer-Tropsch en entornos hidrotermales y los procesos volcánicos pueden ser responsables del enriquecimiento de isótopos de carbono más ligeros. [43] [44] [45] Las rocas ISB que contienen el grafito pueden haber experimentado un cambio en la composición a partir de fluidos calientes, es decir, metasomatismo , por lo que el grafito puede haberse formado por reacciones químicas abióticas. [42] Sin embargo, el grafito de ISB es generalmente más aceptado como de origen biológico después de un análisis espectral adicional . [3] [41]

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. [46] Los isótopos de carbono, así como los isótopos de azufre encontrados en la barita , que se fraccionan por metabolismos microbianos durante la reducción de sulfato, [47] son ​​consistentes con procesos biológicos. [48] [49] Sin embargo, la formación Dresser se depositó en un entorno volcánico e hidrotermal activo, [46] y los procesos abióticos aún podrían ser responsables de estos fraccionamientos. [50] Muchos de estos hallazgos se complementan con evidencia directa, típicamente por la presencia de microfósiles .

Evidencia fósil

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

Estromatolitos

Los estromatolitos son estructuras sedimentarias laminadas creadas por organismos fotosintéticos a medida que establecen una estera microbiana en la superficie de un sedimento. Una distinción importante para la biogenicidad son sus estructuras convexas hacia arriba y laminaciones onduladas, que son típicas de las comunidades microbianas que se construyen preferentemente hacia el sol. [51] Un informe controvertido de estromatolitos es de los metasedimentos de Isua de 3,7 Ga que muestran morfologías convexas hacia arriba, cónicas y domicas. [52] [53] [54] Un análisis mineralógico posterior 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 tectónica extensional en el Cinturón Supracrustal de Isua. [55] [56]

Fósil de estromatolito que muestra estructuras convexas hacia arriba.

La evidencia directa más temprana de vida son los estromatolitos encontrados en sílex de 3.480 millones de años en la formación Dresser del cratón de Pilbara en Australia Occidental. [4] Varias características de estos fósiles son difíciles de explicar con procesos abióticos, por ejemplo, el engrosamiento de las láminas sobre las crestas de flexión que se espera de una mayor cantidad de luz solar. [57] Los isótopos de azufre de las vetas de barita en los estromatolitos también favorecen un origen biológico. [58] Sin embargo, aunque la mayoría de los científicos aceptan su biogenicidad, las explicaciones abióticas para estos fósiles no pueden descartarse por completo debido a su entorno deposicional hidrotermal y la evidencia geoquímica debatida. [50]

La mayoría de los estromatolitos arqueanos de más de 3,0 Ga se encuentran en Australia o Sudáfrica. Se han identificado estromatolitos estratiformes del cratón de Pilbara en el basalto del monte Ada de 3,47 Ga. [59] Barberton, Sudáfrica alberga estromatolitos estratiformes en las formaciones Hooggenoeg de 3,46 Ga, Kromberg de 3,42 Ga y Mendon de 3,33 Ga del grupo Onverwacht . [60] [61] La formación Strelley Pool de 3,43 Ga en Australia Occidental alberga estromatolitos que muestran cambios verticales y horizontales que pueden demostrar comunidades microbianas que responden a condiciones ambientales transitorias. [62] Por lo tanto, es probable que la fotosíntesis anoxigénica u oxigénica haya estado ocurriendo desde al menos la formación Strelley Pool de 3,43 Ga. [63]

Microfósiles

Las afirmaciones de la vida más temprana utilizando microorganismos fosilizados ( microfósiles ) provienen de precipitados de respiraderos hidrotermales de un antiguo lecho marino en el Cinturón Nuvvuagittuq de Quebec, Canadá. Estos pueden tener una antigüedad de hasta 4.28 mil millones de años, lo que los convertiría en la evidencia más antigua de vida en la Tierra, lo que sugiere "una aparición casi instantánea de la vida" después de la formación del océano hace 4.41 mil millones de años . [64] [65] Estos hallazgos pueden explicarse mejor por procesos abióticos: por ejemplo, aguas ricas en sílice, [66] "jardines químicos", [67] fluidos hidrotermales circulantes, [68] y eyecciones volcánicas [69] pueden producir morfologías similares a las presentadas en Nuvvuagittuq.

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

La Formación Dresser de 3,48 Ga alberga microfósiles de filamentos procariotas en vetas de sílice, la evidencia fósil más antigua de vida en la Tierra, [70] pero sus orígenes pueden ser volcánicos. [71] Las rocas de sílex de Apex australianas de 3.465 mil millones de años pueden haber contenido alguna vez microorganismos , [72] [5] aunque la validez de estos hallazgos ha sido cuestionada. [73] [74] "Microfósiles filamentosos putativos", posiblemente de metanógenos y/o metanótrofos que vivieron hace unos 3.42 mil millones de años en "un sistema de vetas hidrotermales paleosubmarinas del cinturón de piedra verde de Barberton , han sido identificados en Sudáfrica ". [1] Se ha encontrado un conjunto diverso de morfologías de microfósiles en la Formación Strelley Pool de 3,43 Ga que incluyen microestructuras esferoides, lenticulares y similares a películas. [75] Su biogenicidad se ve reforzada por su preservación química observada. [76] La litificación temprana de estas estructuras permitió que importantes trazadores químicos, como la relación carbono-nitrógeno , se mantuvieran en niveles más altos que los típicos 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 con la vida pasada. [77] Aunque no se conservan 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 entornos pasados. [78]

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

Se han encontrado lípidos fosilizados en lutitas laminadas de 2,7 Ga de Pilbara Craton [79] y de 2,67 Ga de Kaapvaal Craton en Sudáfrica. [80] Sin embargo, se ha debatido sobre la edad de estos biomarcadores y si su deposición era sincrónica con sus rocas anfitrionas, [81] y trabajos posteriores demostraron que los lípidos eran contaminantes. [82] Los biomarcadores "claramente autóctonos" [83] más antiguos proceden de la Formación Barney Creek de 1,64 Ga en la Cuenca McArthur en el norte de Australia, [84] [85] pero también se han detectado hidrocarburos de la Formación Wollogorang de 1,73 Ga en la misma cuenca. [83]

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 originaron a partir de procariotas . [86] Se encontraron biomarcadores en limolitas del Grupo Roper de 1,38 Ga de la Cuenca McArthur. [87] Se informaron hidrocarburos posiblemente derivados de bacterias y algas en la Formación Xiamaling de 1,37 Ga del NCC. [88] El Grupo Atar/El Mreïti de 1,1 Ga en la Cuenca de Taoudeni , Mauritania, muestra biomarcadores autóctonos en lutitas negras. [89]

Evidencia genómica

Al comparar los genomas de los organismos modernos (en los dominios Bacteria y Archaea ), es evidente que hubo un último ancestro común universal (LUCA). No se cree que LUCA sea la primera vida en la Tierra, sino más bien el único tipo de organismo de su tiempo que aún tiene descendientes vivos. En 2016, MC Weiss y colegas propusieron un conjunto mínimo de genes que se encontraban cada uno en al menos dos grupos de Bacteria y dos grupos de Archaea. Argumentaron que sería poco probable que tal distribución de genes surgiera por transferencia horizontal de genes , por lo que dichos genes deben haberse derivado del LUCA. [90] Un modelo de reloj molecular sugiere que el LUCA puede haber vivido hace 4.477—4.519 mil millones de años, dentro del eón Hádico . [36] [37]

Replicadores de ARN

Se demostró que los microambientes geotérmicos similares al modelo Hádico tienen el potencial de sustentar la síntesis y replicación del ARN y, por lo tanto, posiblemente la evolución de la vida primitiva. [91] Se demostró que los sistemas de rocas porosas, que comprenden interfaces aire-agua calentadas, facilitan la replicación del ARN catalizada por ribozimas de las cadenas sentido y antisentido y luego la posterior disociación de las cadenas. [91] Esto permitió la síntesis, liberación y plegamiento combinados de ribozimas activas. [91]

Más trabajos sobre la vida temprana

Origen extraterrestre de la vida temprana

La teoría de la panspermia especula que la vida en la Tierra puede haber surgido de materia biológica transportada por el polvo espacial [92] o meteoritos . [93]

Aunque la evidencia geoquímica actual data el origen de la vida posiblemente tan temprano como 4,1 Ga, y la evidencia fósil muestra vida en 3,5 Ga, algunos investigadores especulan que la vida puede haber comenzado hace casi 4.500 millones de años. [36] [37] Según el biólogo Stephen Blair Hedges , "Si la vida surgió relativamente rápido en la Tierra... entonces podría ser común en el universo ". [94] [95] [96] Se ha considerado la posibilidad de que las formas de vida terrestres puedan haber sido sembradas desde el espacio exterior. [97] [98] 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 . [93]

Vida temprana en la tierra

En cuanto a la vida en la tierra, en 2019 los científicos informaron del descubrimiento de un hongo fosilizado , llamado Ourasphaira giraldae , en el Ártico canadiense , que puede haber crecido en la tierra hace mil millones de años, mucho antes de que se cree que las plantas vivían en la tierra. [99] [100] [101] La vida más antigua en la tierra puede haber sido la de las bacterias hace 3.220 millones de años. [102] Es posible que se haya encontrado evidencia de vida microbiana en la tierra en geiserita de 3.480 millones de años en el cratón de Pilbara en Australia Occidental. [103] [104]

Galería

Véase también

Referencias

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