Burbujas de oxígeno de hace 1.600 millones de años

Mira esta fotografía. ¿Sabes lo qué es?

Según los autores (1) esas estructuras globulares son burbujas de gas atrapadas hace unos 1.600 millones de años en un estromatolito fósil formado por tapetes microbianos de cianobacterias. Cada “burbuja” mide entre 150-200 micras.

En este trabajo han analizado los estromatolitos de la formación Chitrakoot (en el centro de India) de la época del Paleoproterozoico, la primera era geológica de las tres que componen el Eón Proterozoico y que comienza hace 2.500 millones de años y termina hace 1.600 millones de años durando 900 millones de años. Es en esta era cuando los continentes se estabilizaron por primera vez y se produjo la Gran Oxidación. Según los autores esas pequeñas estructuras corresponden a las burbujas de oxígeno que desprendieron las cianobacterias que realizaban una fotosíntesis muy activa hace millones de años. En esta otra fotografía se muestran esas mismas estructuras vistas con un
microscopio electrónico de barrido.

La Gran Oxidación, también llamado Catástrofe o Crisis de Oxígeno, fue un cambio medioambiental excepcional que ocurrió en nuestro planeta hace alrededor de 2.400 millones de años. ​Desde que se originó la vida en la Tierra (hace unos 3.800 millones de años) hasta ese momento, el ambiente terrestre era anaerobio, sin oxígeno, reductor. Es decir, durante los primeros 1.400 millones de años la vida fue sin oxígeno. Los primeros microorganismos fotosintéticos realizaban una fotosíntesis anoxigénica, en la cual no se desprende oxígeno, tal como hacen en la actualidad las bacterias verdes y púrpuras.

El oxígeno que respiramos se originó por el metabolismo de las cianobacterias

¿De dónde proviene el oxígeno que cubre actualmente la superficie terrestre? La hipótesis más aceptada es que un tipo de bacterias ancestrales desarrollaron una nueva capacidad metabólica: realizar una fotosíntesis oxigénica con producción de oxígeno molecular (O₂), como la que realizan actualmente las plantas y algas verdes. Estas bacterias, denominadas cianobacterias, aparecieron hace unos 2.800 millones de años. La emisión de oxígeno se fue acumulando y provocó una auténtica crisis ecológica, la extinción masiva de gran parte de la biodiversidad microbiana de la época, para la que el oxígeno le era tóxico. [La aparición del oxígeno debió ir acompañada de la aparición de nuevos sistemas enzimáticos para neutralizar las formas tóxicas del oxígeno: catalasa, superóxido dismutasa, …].

¿Y existen fósiles de aquella época en la que solo existían microbios? Pues si: los estromatolitos. Son estructuras minerales laminadas de origen biológico, finamente estratificadas originados por la producción, captura y fijación de partículas carbonatadas por parte de comunidades de microbios, principalmente cianobacterias. Su aspecto a simple vista es como si fueran una roca, pero si nos fijamos bien y los examinamos al microscopio podemos distinguir muchas capas superpuestas en finas láminas apiladas unas sobre otras en las que sólo la capa más superficial contiene organismos vivos. En realidad estas rocas son el resultado de la unión de comunidades microbianas, que viven en mares cálidos y en aguas poco profundas. Las rocas se forman muy lentamente, capa sobre capa, al morir las células de una capa, depositan carbonato cálcico y otros sedimentos sobre la capa anterior y se formar sobre ellas una nueva capa viva.

Las cianobacterias son bacterias fotosintéticas que liberan oxígeno, fijan el CO₂ atmosférico y forman carbonatos que, al precipitar, dan lugar a la formación de los estromatolitos. Además de las cianobacterias, en los estromatolitos actuales se pueden encontrar otras bacterias, como bacterias verdes no sulfurosas, algas verdes y diatomeas, hongos y otros seres vivos que pueden llegar a calcificar dentro de la estructura. Son por tanto comunidades laminares de microorganismos que forman tapetes microbianos.

Los estromatolitos son los fósiles más antiguos que se conocen

Pero además, los estromatolitos pueden fosilizar. De hecho hay estromatolitos fósiles de todas las épocas geológicas y fueron muy abundantes hace entre 3.400 y 2.400 millones de años, hasta hace unos 700 millones de años, fecha en la que en su mayoría desaparecieron bruscamente. Los
estromatolitos más antiguos se han encontrado en Warrawoona (Australia) y tienen unos 3.500 millones de años. Aunque recientemente se han descrito otros en Groenlandia de hace 3.700 millones de años de antigüedad. Son, probablemente, la evidencia de vida más antigua que se conoce en la Tierra.

Los descritos en esta publicación (1) son de hace unos 1.600 millones de años, pero lo curioso es que contienen los huecos que dejaron burbujas de oxígeno que produjeron las cianobacterias. Puede ser la evidencia fósil más antigua de aquella Gran Oxidación que cambió por completo la superficie terrestre.

(1) Evidence of oxygenic phototrophy in ancient phosphatic stromatolites from the Paleoproterozoic Vindhyan and Aravalli Supergroups, India.
Sallstedt T, y col. Geobiology. 2018. 16(2):139-159. doi: 10.1111/gbi.12274.

El planeta Tierra tiene aproximadamente unos 4.500 millones de años. Se cree que la primera forma de vida celular debió surgir hace unos 3.800 millones de años. Pero, ¿tenemos registro fósil de esa época?. Casi.

Los estromatolitos son masas microbianas compuestas por capas de bacterias filamentosas y cianobacterias asociadas con sedimentos de carbonato cálcico formando lo que se denomina tapetes microbianos, estructuras estratificadas de forma laminar. Su aspecto es de rocas o piedras en capas (el término estromatolito significa en griego eso: «capas de piedras»). Se forman a lo largo del tiempo por la actividad de distintos tipos de microorganismos. Se han encontrado algunos estromatolitos fósiles, la mayoría en Australia y Sudáfrica. El más antiguo se encontró en la región de Pilbara
(Australia) en 1980 de hace 3.496 millones de años (1).

 Estromatolitos modernos en la bahía de Shark en Hamelin, Australia.

Los fósiles más antiguos: estromatolitos de hace unos 3.500 millones de años

Probablemente los estromatolitos fósiles más antíguos estarían formados por células muy semejantes a bacterias filamentosas protótrofas anoxigénicas (fotosintéticas no productoras de oxígeno), del tipo de las bacterias verdes no del azufre (las cianobacterias, que llevan a cabo una fotosíntesis con producción de oxígeno, son posteriores, de hace unos 2.700 millones de años).

Cortes de distintos estromatolitos fósiles. Fuente: referencia 2.

Fotografías y dibujos de microfósiles en secciones petrográficas
de estromatolitos. Se observan estructuras filamentosas, parecidas a las
actuales cianobacterias, y unicelulares con formas de bacilos y cocos, de
tamaños similares a las bacterias actuales (unas pocas micras). Fuente:
referencia 2.

Es muy probable, por tanto, que desde los primeros momentos de la historia de la Tierra, las bacterias y las arqueas habrían desarrollado una enorme diversidad metabólica y morfológica.

(1) Stromatolites 3,400–3,500 Myr old from the North Pole area, Western Australia. M. R. Walter, y col. 1980. Nature, 284, 443-445. doi:10.1038/284443a0

(2) Fossil evidence of Archaean life. J. W. Schopf. 2006. Phil. Trans. R. Soc. B, 361 (1470): 869-885. doi: 10.1098/rstb.2006.1834