Un planeta verde: cómo las cianobacterias moldearon la vida primitiva de la Tierra

Durante más de dos mil millones de años, la Tierra pudo haber sido un planeta de tonos verdes en lugar del azul que reconocemos hoy.

Esta fase, conocida como la “época verde”, tuvo lugar desde hace aproximadamente 3 mil millones hasta 600 millones de años, y su huella en la historia de nuestro planeta podría haber sido fundamental para el desarrollo de la vida tal como la conocemos.

Como menciona New Scientist, el protagonista de esta historia no es otro que un grupo de organismos microscópicos: las cianobacterias, conocidas por ser algunas de las primeras entidades fotosintéticas en la Tierra.

Taro Matsuo, investigador de la Universidad de Nagoya, Japón, ha encabezado un estudio que postula que el entorno de la Tierra durante esta era favoreció la evolución de cianobacterias con una capacidad de aprovechar la luz verde, un fenómeno que pudo haber marcado un hito en la evolución biológica del planeta.

Al igual que las plantas, las cianobacterias realizan la fotosíntesis, un proceso en el que capturan la energía de la luz solar para producir oxígeno.

Mientras que las plantas usan principalmente la clorofila, que absorbe la luz roja y azul y refleja la luz verde, las cianobacterias emplean un conjunto adicional de pigmentos llamados ficobilinas.

Estas moléculas absorben principalmente la luz roja y verde, formando estructuras conocidas como ficobilisomas que les permiten captar eficientemente la energía solar.

Matsuo y su equipo se propusieron investigar el propósito de estos pigmentos adicionales en las cianobacterias.

¿Por qué estas bacterias utilizan ficobilinas si las plantas dependen solo de la clorofila? La respuesta podría residir en las condiciones ambientales únicas de la Tierra primitiva.

Durante el Eón Arcaico, que se extendió entre 4 mil millones y 2.5 mil millones de años atrás, los océanos de la Tierra estaban repletos de hidróxido de hierro.

Este compuesto tiene una propiedad particular: absorbe la luz azul, dejando a su paso una luz verde predominante, un fenómeno que los investigadores han denominado “ventana de luz verde”.

De acuerdo con Matsuo, este entorno habría favorecido a las cianobacterias con la capacidad de aprovechar este tipo de luz, ya que el resto del espectro lumínico estaba bloqueado por la absorción de los compuestos presentes en el agua.

A través de simulaciones, los científicos calcularon las concentraciones de hidróxido de hierro y otros químicos en los océanos antiguos, lo que les permitió reconstruir el espectro de luz que estaba disponible para las primeras formas de vida fotosintética.

Sorprendentemente, los resultados mostraron que este espectro coincidía perfectamente con el rango de luz absorbido por las ficobilinas, lo que sugiere que las cianobacterias ya estaban adaptadas a esas condiciones.

Para validar esta hipótesis, Matsuo y su equipo realizaron experimentos cultivando cianobacterias en condiciones de luz verde, imitando el entorno del Eón Arcaico.

Los resultados fueron contundentes: las cianobacterias que contenían un pigmento especializado para la luz verde, llamado ficoeritrobilina, crecieron de manera significativamente más rápida que aquellas que no lo poseían.

Este hallazgo sugiere que las cianobacterias con la capacidad de aprovechar la luz verde habrían tenido una ventaja evolutiva en esos tiempos.

Además, el análisis genético reveló que el pigmento ficoeritrobilina ya estaba presente en el ancestro común de las cianobacterias modernas, lo que sugiere que esta característica es ancestral y se remonta a la misma época en que la Tierra era un planeta verde.

El equipo de Matsuo también llevó a cabo pruebas de campo en Japón, específicamente en la isla Satsunan-Iwo, donde las aguas ricas en hierro presentan un espectro de luz verde en profundidades de 5.5 metros.

Aquí, las especies de cianobacterias especializadas en la luz verde eran más abundantes que en la superficie. Este hallazgo refuerza la idea de que las condiciones del océano primitivo favorecían a estas bacterias fotosintéticas adaptadas a la luz verde.

A medida que las cianobacterias liberaban oxígeno como subproducto de la fotosíntesis, este gas reaccionaba con el hierro disuelto en los océanos, formando óxidos de hierro que se hundían en el fondo marino.

Estos depósitos se conservan como capas finas en las rocas antiguas, lo que constituye un indicio de que la atmósfera se estaba enriqueciendo con oxígeno.

Sin embargo, alrededor de hace 600 millones de años, estos depósitos dejaron de formarse, lo que sugiere que para esa época el hierro en el océano ya estaba completamente oxidado, y con ello terminó la “época verde”.

Hoy, la Tierra es principalmente azul debido a la dispersión de Rayleigh, un fenómeno en el que la atmósfera dispersa las ondas de luz más cortas, como la luz azul.

Este fenómeno, combinado con la desaparición de los compuestos que anteriormente dominaban el color de los océanos, ha dejado a la Tierra con el tono azul que la caracteriza desde el espacio.

El estudio de Matsuo también tiene implicaciones más amplias para la búsqueda de vida en otros planetas. Muchos de los esfuerzos actuales en la astrobiología se centran en la búsqueda de oxígeno en las atmósferas de exoplanetas, como indicativo de vida fotosintética.

Sin embargo, Matsuo sugiere que un “océano verde” podría ser un indicador igualmente revelador de la presencia de vida, ya que la fotosíntesis en un entorno rico en hierro podría generar condiciones similares a las de la Tierra primitiva.

No obstante, la teoría de Matsuo ha sido objeto de críticas. Min Chen, profesora de la Universidad de Sídney, señala que las cianobacterias no solo habitan en océanos, sino también en suelos y otros entornos.

En muchos de estos casos, los ficobilisomas verdes desempeñan funciones protectoras contra el estrés oxidativo y el daño por luz intensa. Además, Chen cuestiona la posibilidad de determinar con certeza cómo habría lucido la Tierra desde el espacio en tiempos tan remotos.