Artículo publicado por Katharine Sanderson el 6 de julio de 2011 en Nature News

Una alfombra de microbios contiene carbonato cálculo que sólo podría haberse formado a través de la fotosíntesis.

Las pruebas más directas hasta el momento para la fotosíntesis antigua se han descubierto en un fósil de una alfombra de microbios que vivió en una playa hace 3300 millones de años.

Filamentos remanentes de microbios © Crédito Frances Westall

Frances Westall del Centro de Biofísica Molecular, un laboratorio del Centro Nacional Francés para la Investigación Científica (CNRS), en Orleans y sus colegas estudiaron la bien conservada alfombra microbiana Josefsdal Chert — una fina lámina formada por una capa sobre otra de diminutos organismos — procedente de Barberton Greenstone Belt en Sudáfrica.

Estas capas de antiguos microorganismos crecieron en una época en la que la atmósfera de la Tierra no contenía oxígeno. La alfombra habría yacido en una playa, en un lugar en el que la luz solar pudiese llegarle, pero habría tenido pocos nutrientes ricos en carbono en esa época. Por lo que la vida inicial habría dependido de la fotosíntesis para alimentarse, y descubrir cuándo empezó este proceso es fundamental para comprender cómo empezó la vida.

Filamentos fotosintéticos

Westall y su equipo usaron microscopios electrónicos y una fuente de luz de sincrotrón para observar la estructura y composición de la alfombra microbiana conservada. En la capa superficial de la alfombra, vieron diminutos filamentos, de unos 0,3 micrómetros de largo: Remanentes de microbios fotosintéticos, dice Westall. Bajo la superficie encontraron pequeñas partículas de aragonito, un mineral de carbonato cálcico. Esto sólo podría haber llegado allí si la superficie estaba realizando la fotosíntesis: Tomando energía del Sol y convirtiéndola en nutrientes útiles para que otros microbios se alimenten. “Nunca habíamos visto esta calcificación in situ”, comenta Westall. “No hay otra forma [aparte de la fotosíntesis] de producir esta estructura en este entorno”.

Westall dice que cuando creció la alfombra, las capas muertas de microbios fotosintéticos bajo la capa superior activa, fueron consumidas por organismos no fotosintéticos conocidos como heterótrofos que estaban bajo la alfombra. Conforme los heterótrofos degradaban las capas ricas en carbono producidas por las fotosíntesis, comenta, excretaban metabolitos que provocaban que aumentase el pH de la alfombra. El pH elevado liberó iones de calcio tomados del agua a través de polímeros carbonáceos que formaban parte de la alfombra. El calcio se mezcló con carbonatos procedentes del agua del mar y precipitó como carbonato cálcico.

Las alfombras fotosintéticas modernas contienen bacterias que reducen el azufre que también precipita carbonato cálcico. Westall estudió una molécula que contenía azufre, el tiofeno, en su muestra, y fue capaz de cuantificar la cantidad total de azufre presente – hasta un 1%. Esto, comenta, sugiere que los heterótrofos en la alfombra antigua incluían bacterias reductoras de azufre similares a las de alfombras modernas.

“Uno de los muchos misterios sobre los primeros registros fósiles es la carencia de ejemplos calcificados de filamentos microbianos, que normalmente se encuentran en contextos marinos superficiales consistentes con la fotosíntesis”, dice Martin Brasier, experto en procesos biológicos antiguos en la Universidad de Oxford en el Reino Unido. Brasier es cauteloso sobre los resultados, diciendo que le gustaría tener una confirmación independiente del trabajo.

Otra visión

Se han estudiado otras alfombras antiguas, pero Westall dice que las pruebas de que realizaron la fotosíntesis han sido indirectas – ya sea asumiéndolo por su composición de isótopos de carbono, que Westall defiende que también puede proceder de microbios no fotosintéticos, u observando de cerca la estructura de las alfombras y viendo estructuras similares a microbios.

Uno de tales estudios, de Michael Tice, ahora en la Universidad de Texas A&M en College Station, sugirió que una alfombra de 3400 millones de años era fotosintética¹. En un correo electrónico a Nature, Tice dice que su argumento en ese trabajo era más convincente de lo que sugiere Westall. “Un componente clave de nuestros argumentos para la fotosíntesis era que la observación de estas alfombras se formaba en entornos someros iluminados por el sol, pero no en entornos de aguas profundas registrados en la misma unidad geológica”, Comenta. Cuando combinaron eso con lo que concluyen sobre los fluidos en los que crecieron las alfombras y su composición isotópica, Tice y sus colegas decidieron que “sólo podrían haber sido producidas por microorganismos fotosintéticos anoxigénicos”.

Tice dice que la calcificación es una importante prueba nueva, pero no cree que sea definitiva. “Se añade al cuerpo de pruebas indirectas que sugieren que la fotosíntesis había evolucionado para finales del Paleoarqueano, pero aún no tenemos la prueba definitiva”, señala Tice.

Westall presentó los hallazgos de su grupo en la conferencia Origins 2011 en Montpellier, Francia.