NeoFronteras

Atmósfera primordial oxidante

Área: Geología — martes, 6 de diciembre de 2011

Contrariamente a lo que hasta ahora se había asumido, la atmósfera primigenia terrestre que dio origen a la vida no era reductora, sino más bien oxidante.

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Hay hechos, objetos o eventos que son muy difíciles de saber. Conocer, por ejemplo, cómo era la atmósfera primordial de la Tierra hace miles de millones de años, antes de que la vida apareciera, es uno de ellos. Aún así los científicos se esfuerzan en proponer escenarios compatibles con los datos de los que se disponen que pretenden describir esa atmósfera abiótica. Saber la composición de esa atmósfera es importante para deducir cómo puedo surgir la vida, por ejemplo.
Ahora científicos del New York Center for Astrobiology han utilizado los minerales terrestres más antiguos conocidos para reconstruir cómo eran las condiciones atmosféricas al poco de formarse la Tierra. Este estudio proporciona las primeras pruebas de cómo pudo ser esa atmósfera y contradice la hipótesis comúnmente aceptada hasta ahora de que esa atmósfera era rica en metano.
La atmósfera al cabo de 500 millones de años después de la formación de la Tierra no sería rica en metano como se creía, sino que tendría una composición similar a la actual. Esto tiene fuertes implicaciones en nuestra comprensión de cómo y cuándo apareció la vida en este planeta o en otros posibles lugares del resto del Universo.
Durante décadas la comunidad científica ha creído que la atmósfera de la Tierra primitiva era altamente reductora (en oposición a oxidante) con una presencia de oxígeno muy limitada. Esas condiciones pobres en oxígeno habrían dado lugar a una atmósfera compuesta por metano, monóxido de carbono, sulfuro de hidrógeno y amoniaco. Las teorías actuales sobre el origen de la vida se basan en esta presunción. De hecho el experimento clásico de Miller sobre la síntesis de aminoácidos se basó en esta premisa. Si la composición atmosférica fuera levemente oxidante cualquier compuesto orgánico que se formara se habría oxidado y no se habría producido la complejidad necesaria en la química orgánica como para dar con la vida.
El estudio que ahora describimos contradice esta hipótesis y propone una atmósfera más oxidante de lo que hasta ahora se asumía. En esa atmósfera habría, entre otros compuestos, vapor de agua, dióxido de carbono y dióxido de azufre.
Según Bruce Watson, participante en el nuevo estudio, se puede afirmar que aquellos que han estudiado el origen de la vida simplemente eligieron la atmósfera equivocada.
El hallazgo se basa en la teoría ampliamente aceptada de que la atmósfera terrestre primigenia se formó gracias a los gases liberados por la actividad volcánica. Hoy en día, al igual que pasó en el origen de la Tierra, el magma que fluye desde el interior del planeta contiene gases disueltos. Cuando el magma alcanza la superficie, esos gases son liberados a la atmósfera. Aunque algunos científicos pueden discutir si esta aportación fue o no la única. Así, por ejemplo, no se sabe muy bien cuál fue la aportación de los cometas.
Para Watson y sus colaboradores si queremos saber cómo fue la atmósfera primitiva tenemos que determinar qué gases están presentes el los magmas que contribuyeron a esa atmósfera.
Según el magma se aproxima a la superficie terrestre puede producirse una erupción o permanecer en la corteza, en donde interacciona con la rocas circundantes, entonces se enfría y finalmente cristaliza. Estos magmas enfriados y los elementos que contienen pueden ser un buen registro de la historia geológica de nuestro mundo.
Una pieza importante de ese registro lo constituyen el zircón o circón, un mineral que es un silicato de zirconio (ZrSiO4) de color variable. A diferencia de otros minerales que se destruyen por la erosión y subducción a la lo largo de millones de años, éste es lo suficientemente resistente como para estar presente tal cual fue formado hasta hoy en día, incluso desde la época de formación de la Tierra. Estos cristales pueden relatarnos la historia geológica completa de la Tierra si se les pregunta adecuadamente.
Este grupo de investigadores buscó la química de la atmósfera primigenia a través del nivel de oxidación de los zircones presentes en los magmas de aquella época. Al parecer es la primera vez que se consigue determinar qué clase de atmósfera era esa gracias a este método.
Estos investigadores recrearon la formación de zircones en el laboratorio a diferentes niveles de oxidación. Literalmente crearon lava en el laboratorio. Esto les permitió calibrar el sistema para comparar muestras naturales de la época.
Durante el proceso vigilaron las concentraciones de elemento cerio en los circones. Este elemento proporciona un buen calibrado del nivel de oxidación porque a mayor concentración de cerio oxidado en los cristales de zircón (naturalmente los minerales no suelen presentarse en su composición química pura, sino que están contaminados, esta contaminación, por ejemplo, es la que suele dar color a las gemas y piedras preciosas) más oxidante era la atmósfera al poco de formarse la Tierra.
Los resultados obtenidos revelan que la atmósfera de aquel entonces tenía un nivel de oxidación a las condiciones actuales. Este hallazgo proporciona un punto de partida para futuros estudios sobre el origen de la vida, pues las condiciones de oxidación determinan el tipo de moléculas orgánicas que se pueden formar.
Pero una atmósfera oxidante, pese a que es buena para la vida una vez que ésta existe, no es un buen punto de partida para crear la misma vida. Una atmósfera reductora compuesta por metano y otros gases, tal y como Miller demostró en su momento, es un mejor punto de partida. El oxígeno y sus compuestos tienden a romper los enlaces químicos de las moléculas orgánicas complejas, como puedan ser los aminoácidos o las bases de ADN. Así que hay algo que no se comprende bien sobre el origen de la vida.
Watson dice que este resultado quizás de alas a aquellos que proponen teorías sobre la formación de vida fuera de la Tierra y que ésta llegó aquí gracias a algún proceso de panspermia.
De todos modos, este resultado no contradice la existencia de teorías biológicas según las cuales primero evolucionó la vida anaeróbica y luego la aeróbica. La presencia de compuestos de oxígeno en la atmósfera primitiva no significa que hubiera oxígeno libre, éste se formó más tarde gracias a la fotosíntesis. Una vez hubo suficiente oxigeno libre la vida aeróbica pudo evolucionar y más tarde dio lugar a la vida compleja. Pero ésta es otra historia…

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original.
Foto: NASA (Versión a gran tamaño).

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5 Comentarios

  1. Ramanujan:

    Con tan pocos mimbres me parece que poco va a cambiar el modelo que actualmente existe sobre el origen de la vida en la Tierra. Está bien que se propongan hipótesis alternativas, incluso descabelladas, pero después hay que demostrar lo que se dice. Si con una atmósfera reductora hemos sido hasta ahora incapaces de hacerlo y nos hemos quedado atascados en el experimento de Miller, ahora tienen que demostrar que con una atmósfera oxidante se puede llegar a la vida. Me parece una broma apelar a la “panspermia” para darle consistencia. Igualmente me parece sorprendente, para todo lo que expone con anterioridad, el último párrafo: “La presencia de compuestos de oxígeno en la atmósfera primitiva no significa que hubiera oxígeno libre, éste se formó más tarde gracias a la fotosíntesis. Una vez hubo suficiente oxigeno libre la vida aeróbica pudo evolucionar y más tarde dio lugar a la vida compleja”. Pues ha demostrar todo eso, porque si se pretenden cambios copernicanos en ciencia son necesarias también pruebas copernicanas. De momento conocemos uno de los escasos lugares que poseen atmósfera en el sistema solar con una atmósfera reductora: Titán.

  2. NeoFronteras:

    Estimado Ramanujan:
    Es verdad que esta teoría es arriesgada, pero tienen pruebas físicas que la soportan. Aunque estrictamente sólo habla de la contribución a la atmósfera de la tectónica. No miden la composición real de tal atmósfera.
    El principal problema es que una cosa es la contribución oxidante de los magmas y otra el aporte exterior de cometas que pudieron hacer una contribución reductora. Si esta última aportación fue mayoritaria la teoría se invalida.
    En cuanto al experimento de Miller, se puede afirmar que no demuestra cómo fue, sino cómo pudo haber sido ese comienzo de la vida. No sirve como demostración de un hecho. Es igual que Thor Heyerdahl y sus “experimentos” con barcos de juncos con los que pretendía demostrar no se sabe qué. Una cosa es que pudieran haberlos usado y otra que realmente los usaran.
    Esos sí, hasta el momento los experimentos de Miller y similares constituyen nuestras mejores hipótesis sobre el origen de la vida.
    El problema de la panspermia es que no resuelve el origen de la vida, sino que desplaza el problema a otro lugar.
    En cuanto a lo que entrecomilla sobre el oxígeno libre es lo que está aceptado por la comunidad científica internacional. Son resultados previos a este estudio. Pero si tiene una teoría mejor…

  3. sergio:

    El azul del cielo y el rojo del atardecer se deben al O2. ¿Que colores tendría el cielo de la tierra joven?

  4. NeoFronteras:

    El azul del cielo y el rojo del atardecer se deben al scattering Rayleigh. La luz difundida es proporcional a la cuarta potencia de la frecuencia, así que se difunden más los azules que los rojos, de ahí el color azul de cielo. Y en una puesta de sol el único color que sobrevive es el rojo (la luz atraviesa mucha proporción de atmósfera), ya que el azul es difundido.
    El aspecto de la atmósfera primitiva debía ser muy parecido al actual, aunque irrespirable para nosotros.

  5. JAvier:

    Yo nunca he entendido porque tant resistenci a la panspermia. Siempre y cuando se estudien los lugares posibles fuera de la tierra y no se quede en el “vino de fuera” claro.

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