NeoFronteras

Fijación primigenia de nitrógeno

Área: Geología,Paleontología — domingo, 22 de febrero de 2015

Encuentran pruebas químicas de que la fijación de nitrógeno por parte de microbios ya se daba, como mínimo, hace 3200 millones de años.

Rocas sedimentarias del noroeste de Australia de 3200 millones de años. Contienen pruebas químicas de la fijación de nitrógeno en esa época por microorganismos. Fuente: R. Buick / UW.

Se estima que la vida sobre la Tierra comenzó hace miles de millones de años, al poco de formarse este planeta. Sin embargo, las pruebas de tal cosa son muy escasas. Más de tres mil millones de años es un lapso de tiempo muy largo como para conservar unos hipotéticos fósiles de bacterias.
Encima, las fuerzas tectónicas han ido remodelando los continentes. Ya casi no quedan rocas de esas edades sobre la corteza terrestre.
Para poder delimitar mejor los comienzos de la vida en la Tierra y los pasos que se dieron a continuación hay que usar las pruebas químicas que hayan podido quedar en las rocas más antiguas a las que tengamos acceso.
Uno de los procesos fundamentales para la vida en la Tierra es la fijación de nitrógeno. Sin este elemento no se pueden sintetizar aminoácidos y, por tanto, no se pueden sintetizar proteínas. Pero, aunque el nitrógeno es el principal gas de la atmósfera, no puede ser asimilado directamente. Debe fijarse en unos compuestos que sean asimilables por la bioquímica celular.
Pero la vida terrestre se las arregló para fijar ese gas de nitrógeno tan inerte en moléculas que las células vivas pudieran utilizar en sus reacciones bioquímicas en algún momento del pasado, cuando los compuestos primordiales de nitrógeno empezaron a escasear.
Al principio la biosfera terrestre fue posiblemente débil y pobre sobre un planeta que era bastante hostil, pero todo esto cambió cuando se descubrió la fijación del nitrógeno y del golpe la biosfera terrestre se hizo grande, robusta y diversa.
Hasta hace poco sólo se habían encontrado pruebas de que este proceso de fijación comenzó hace, como mínimo, unos 2000 millones de años. Una cota que es a todas luces escasa. Ahora se han encontrado pruebas de que esta fijación del nitrógeno ya se realizaba hace 3200 millones de años.
Este descubrimiento demuestra que no hubo crisis del nitrógeno en la Tierra primitiva y que, por tanto, era posible mantener una gran y diversa biosfera, aunque fuese de microorganismos.
Para llegar a este descubrimiento los investigadores implicados recolectaron muestras de rocas sedimentarias de Australia y Sudáfrica de entre 2750 y 3200 millones de años de antigüedad. Estas rocas son de las más antiguas que se preservan y están bien conservadas. Se formaron a partir de sedimentos formados en los bordes de los continentes y están libres de las irregularidades químicas que producían los volcanes submarinos de la época. Además, se formaron antes de que apareciera el oxígeno libre en la atmósfera (hace 2300-2400 millones de años). Por tanto, estas rocas conservan pistas químicas que desaparecieron en las rocas más modernas.
Tras ser analizadas encontraron que todas esas muestras, incluso las más antiguas, presentaban pruebas químicas de que la vida ya estaba tomando nitrógeno de la atmósfera y fijándolo en moléculas orgánicas.
Esto se puede saber gracias a los distintos isótopos de nitrógeno que hay. Las reacciones biológicas de fijación de nitrógeno, mediadas por unas enzimas específicas, prefieren unos isótopos frente a otros, por lo que la actividad biológica presenta un patrón isotópico que es distinto al abiótico.
Esto significa que las complejas enzimas implicadas en la fijación de nitrógeno se formaron muy pronto en la historia de la vida y les habría sido fácil evolucionar desde entonces.
Los análisis genéticos de este tipo de enzimas situaban su origen entre hace 1500 y 2200 millones de años.
Por tanto, este nuevo descubrimiento hace retroceder mucho el origen de la fijación del nitrógeno.
En la actualidad hay tres tipos de enzimas que se encargan de romper el triple enlace del nitrógeno para así tener otros compuestos de nitrógeno que puedan ser empleados por la bioquímica celular. Una de esas enzimas usa molibdeno en su centro activo. Es precisamente esta enzima que usa molibdeno la que deja un patrón isotópico igual al hallado en estas rocas.
Es aquí en donde aparece el misterio. El molibdeno es ahora abundante porque el oxígeno reacciona con las rocas que lo contienen y es meteorizado hasta que llega al mar. Pero en la Tierra primitiva no había oxígeno atmosférico, así que no era fácil para la vida de la época conseguir este elemento para sintetizar sus enzimas de fijación de nitrógeno.
Los autores del estudio especulan que quizás la vida también se daba en tierra firme en esa época como una capa de microorganismos fotosintéticos productores de oxígeno, pero que ese oxígeno reaccionaba rápidamente con las rocas, incluidas las que contenían molibdeno. Con la lluvia ese molibdeno terminaría llegando al mar.
No deja de ser fascinante que este complicado proceso de la fijación de nitrógeno haya estado funcionando de la misma manera durante al menos, 3200 millones de años.