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» » » Rocas raras de hace 2,5 mil millones de años, revelan formas de vida prosperando en azufre


Referencia: ScienceDaily.com, 6 de noviembre 2014

Señales biogeoquímicas en hace 2,5 mil millones de años, de carbonato de rocas procedentes de Brasil, revelan que las bacterias que consumen azufre estaban activas en un momento en que los niveles de azufre del océano eran bajos. Los geólogos se centraron en los isótopos de azufre de antiguas rocas carbonatadas. El estudio arroja luz sobre los principios de la química atmosférica de la Tierra.

Al remover los sedimentos del fondo sucio de un pantano es probable que se inhale un olor a huevo podrido, el olor característico del gas sulfuro de hidrógeno. Esa es la firma bioquímica de las bacterias de azufre, una de las formas de vida más antiguas y extendidas de la Tierra.

Entre los científicos que estudian la historia primitiva de nuestro planeta, hace 4,5 mil millones de años, hay un intenso debate sobre la evolución de las bacterias dependientes del azufre. Estos organismos simples surgieron en un momento en que los niveles de oxígeno de la atmósfera terrestre eran menor a una milésima parte de lo que es ahora. Vivían en las aguas del océano, respirando sulfato, un compuesto de azufre y oxígeno, en lugar de las moléculas de oxígeno libres. Pero, ¿cómo llegó ese sulfato al océano, y cuándo llegó a ser lo suficientemente abundante que permitió utilizarlo para vivir?

En una nueva investigación de la Universidad de Maryland, la estudiante doctoral de geología Ladviga Zhelezinskaia, ofrece una respuesta sorprendente. Zhelezinskaia es la primera investigadora que ha analizado las señales bioquímicas de los compuestos de azufre, encontradas con la edad de 2,5 mil millones de años, en el carbonato de rocas procedentes de Brasil. Las rocas se formaron en el fondo del océano en un tiempo geológico conocido como la Era Neoarcaica. Salieron a la superficie cuando unos buscadores de oro en Brasil perforaron un agujero en el lecho marino y sacaron una muestra a 180 metros de rocas antiguas.

En la investigación publicada el 7 de noviembre 2014 en la revista Science, Zhelezinskaia y tres co-autores más, el físico John Cliff, de la Universidad Occidental de Australia y los geólogos Alan Kaufman y James Farquhar de UMD, demuestran que las bacterias que dependen del sulfato eran abundantes en algunas partes del océano Neoarcaico, a pesar de que el agua del mar normalmente contenía alrededor de 1.000 veces menos sulfato que en la actualidad.

"Las muestras medidas portan una señal muy fuerte de que los compuestos de azufre que consumieron y alteraron los organismos vivos, lo cual es sorprendente", dice Farquhar. "También utilizó modelos básicos geoquímicos para dar una idea de la cantidad de sulfato que había en los océanos, y halló que las concentraciones de sulfato eran muy bajas, mucho más de lo que se pensaba."

Los geólogos estudian el azufre porque es abundante y se combina fácilmente con otros elementos, formando compuestos suficientemente estables para ser preservados en el registro geológico. El azufre tiene cuatro isótopos estables naturales, unas firmas atómicas que quedan en el registro de la roca y que los científicos pueden utilizar para identificar las diferentes formas de los elementos. Los investigadores miden las proporciones de isótopos de azufre en una muestra de roca y pueden saber si venía de la atmósfera, de la erosión climatológica de la roca o de procesos biológicos. A partir de la información de las fuentes de azufre, pueden deducir una información importante sobre el estado de la atmósfera, los océanos, los continentes y la biosfera, cuando esas rocas se formaron.

Farquhar y otros investigadores, han utilizado las proporciones de los isótopos de azufre en las rocas neoarcaicas para demostrar que, poco después de este período, la atmósfera de la Tierra cambió. Los niveles de oxígeno aumentaron de tan sólo unas pocas partes por millón a casi su nivel actual, que es del 21 por ciento de todos los gases de la atmósfera. El rocas brasileñas de Zhelezinskaia mostraban sólo pequeñas cantidades de oxígeno, una señal de que se formaron antes de este cambio atmosférico.

Con tan poco oxígeno, la Tierra neoarcaica fue un lugar prohibido para la mayoría de las formas de vida modernas. Los continentes eran probablemente mucho más secos y dominados por los volcanes que liberaban dióxido de azufre y de carbono, metano y otros gases de efecto invernadero. Las temperaturas probablemente variaron entre 0 a 100 ºC, lo suficientemente cálidos para formar océanos líquidos y microbios que medraran en ellos.

Las rocas de 2.5 mil millones años de antigüedad o más son extremadamente raras, así que la comprensión de los geólogos de la era Neoarcaica se basa en un puñado de muestras de unas pequeñas y escasas zonas, como el oeste de Australia, Sudáfrica y Brasil. Los geólogos teorizan que el oeste de Australia y del sur de África fueron una vez parte del antiguo supercontinente llamado Vaalbará. Las muestras de rocas brasileñas son comparables en edad, pero pueden no ser del mismo supercontinente, opinaba Zhelezinskaia.

La mayor parte de las rocas neoarcaicas estudiadas son de Australia Occidental y del Sur de África y son de esquisto negro, que se forma cuando este polvo fino se deposita en el fondo del mar. Las muestras de la prospección de Brasil contenían un montón de esquisto negro y de una franja de rocas de carbonato, formada bajo la superficie de los mares poco profundos, en un ambiente que probablemente se parecía las islas Bahamas de hoy día. El esquisto negro, en general, contiene pirita portando azufre, pero la roca carbonatada normalmente no, por lo que los geólogos no se han centrado en las señales de azufre de las rocas carbonatadas neoarcaicas hasta ahora.

Zhelezinskaia "optó por mirar un tipo de roca que los demás suelen evitar, y lo que vio fue espectacularmente diferente", añadió Kaufman. "Realmente nos abrió los ojos a las posibles implicaciones de este estudio."

Las relaciones isotópicas de las rocas de carbonato brasileñas mostraban que se formaron en los antiguos fondos marinos dado que contienen sulfato de fuentes atmosféricas, no son rocas continentales. Y las relaciones isotópicas también mostraron que las bacterias Neoarcaicas eran abundantes en el sedimento, que respiraban sulfato y emitían sulfuro de hidrógeno, el mismo proceso que hoy día continúa cuando las bacterias reciclan la materia orgánica en descomposición, en minerales y gases.

¿Cómo pudieron prosperar las bacterias dependientes del azufre durante un tiempo geológico donde los niveles de azufre eran tan bajos? "Parece que vivían en aguas poco profundas, donde la evaporación pudo haber sido lo suficientemente alta como para concentrar el sulfato, lo cual haría más abundante y suficiente para la supervivencia de las bacterias", señala Zhelezinskaia.

Ella está ahora analizando las rocas carbonatadas de esa misma edad del oeste de Australia y de Sudáfrica, para ver si el patrón es válido para las rocas formadas en otros ambientes de aguas poco profundas. Si esto es así, los resultados podrían cambiar la comprensión científica de uno de los primeros procesos biológicos de la Tierra.

"El debate existente sigue en curso, acerca de cuándo surgieron las bacterias reductoras de sulfato, y de cómo eso encaja en la evolución de la vida en nuestro planeta", dice Farquhar. "Estas rocas nos están diciendo que las bacterias estaban allí hace 2,5 mil millones de años, y que estaban haciendo algo lo bastante significativo para ser detectado incluso en la actualidad."


- Fuente: University of Maryland .
- Publicación: I. Zhelezinskaia, A. J. Kaufman, J. Farquhar, J. Cliff. Large sulfur isotope fractionations associated with Neoarchean microbial sulfate reduction. Science, 2014; 346 (6210): 742 DOI: 10.1126/science.1256211.

- Imagen: La muestra aumentada a 50X, de blanco pirita --sulfito de hierro u 'oro de los tontos"--, está incrustado en la roca gris de carbonato, formada en un mar poco profundo hace unos 2,5 mil millones de años. El análisis isotópico estable de esta y otras muestras del mismo sitio han dado como resultado la primera evidencia de bacterias que respiraban azufre en rocas de este tipo y edad. Crédito: Iadviga Zhelezinskaia.

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