Hace tres mil quinientos millones de años, la Tierra acogía la vida, pero ¿apenas sobrevivía o prosperaba? Un nuevo estudio realizado por un equipo multiinstitucional con liderazgo, incluido el Earth-Life Science Institute ELSI del Instituto de Tecnología de Tokio Tokyo Tech proporciona nuevas respuestas a esta pregunta. El metabolismo microbiano se registra en miles de millones de años de relaciones de isótopos de azufre que están de acuerdo con las predicciones de este estudio, lo que sugiere que la vida transcurrió en los antiguos océanos. Utilizando estos datos, los científicos pueden vincular más profundamente el registro geoquímico conestados celulares y ecología.
Los científicos quieren saber cuánto tiempo ha existido la vida en la Tierra. Si ha existido durante casi el mismo tiempo que el planeta, esto sugiere que es fácil que se origine la vida y que la vida debería ser común en el Universo. Si lleva mucho tiempohora de originarse, esto sugiere que hubo condiciones muy especiales que tuvieron que ocurrir. Los dinosaurios, cuyos huesos se presentan en museos de todo el mundo, fueron precedidos por miles de millones de años por microbios. Mientras que los microbios han dejado alguna evidencia física de su presencia en la antigüedad.registro geológico, no fosilizan bien, por lo tanto, los científicos usan otros métodos para comprender si la vida estaba presente en el registro geológico.
Actualmente, la evidencia más antigua de vida microbiana en la Tierra nos llega en forma de isótopos estables. Los elementos químicos graficados periódicamente se definen por la cantidad de protones en sus núcleos, por ejemplo, los átomos de hidrógeno tienen un protón, heliolos átomos tienen dos, los átomos de carbono contienen 6. Además de los protones, la mayoría de los núcleos atómicos también contienen neutrones, que son casi tan pesados como los protones, pero que no tienen carga eléctrica. Átomos que contienen el mismo número de protones, pero variablesun número de neutrones se conoce como isótopos. Si bien muchos isótopos son radiactivos y, por lo tanto, se descomponen en otros elementos, algunos no sufren tales reacciones; estos se conocen como isótopos "estables". Por ejemplo, los isótopos estables de carbono incluyen el carbono 12 escrito como12C para abreviar, con 6 protones y 6 neutrones y carbono 13 13C, con 6 protones y 7 neutrones.
Todos los seres vivos, incluidos los humanos, "comen y excretan". Es decir, ingieren alimentos y expulsan desechos. Los microbios a menudo comen compuestos simples disponibles por el medio ambiente. Por ejemplo, algunos pueden absorber dióxido de carbonoCO 2 como fuente de carbono para construir sus propias células.CO natural 2 tiene una relación bastante constante de 12C a 13C. Sin embargo, 12CO 2 es aproximadamente un 2% más ligero que 13CO 2 , entonces 12CO 2 las moléculas se difunden y reaccionan un poco más rápido y, por lo tanto, los microbios mismos se vuelven "isotópicamente ligeros" y contienen más 12C que 13C, y cuando mueren y dejan sus restos en el registro fósil, su firma isotópica estable permanece y es medible.La composición isotópica, o "firma", de tales procesos puede ser muy específica para los microbios que los producen.
Además del carbono, existen otros elementos químicos esenciales para los seres vivos. Por ejemplo, el azufre, con 16 protones, tiene tres isótopos estables naturalmente abundantes, 32S con 16 neutrones, 33S con 17 neutrones y 34S con 18 neutronesLos patrones de isótopos de azufre que dejaron los microbios registran así la historia del metabolismo biológico basado en compuestos que contienen azufre hasta hace unos 3.500 millones de años. Cientos de estudios anteriores han examinado amplias variaciones en las relaciones de isótopos de azufre antiguas y contemporáneas resultantes del sulfato unmetabolismo compuesto de azufre unido a cuatro átomos de oxígeno. Muchos microbios pueden usar el sulfato como combustible, y en el proceso excretan sulfuro, otro compuesto de azufre. El "desecho" de sulfuro del antiguo metabolismo microbiano se almacena en el registro geológico,y sus proporciones de isótopos se pueden medir analizando minerales como la pirita mineral FeS2.
Este nuevo estudio revela un paso primario de control biológico en el metabolismo microbiano de azufre, y aclara qué estados celulares conducen a qué tipos de fraccionamiento de isótopos de azufre. Esto permite a los científicos vincular el metabolismo con los isótopos: al saber cómo el metabolismo cambia las proporciones de isótopos estables, los científicos puedenpredicen que los organismos isotópicos característicos deberían dejar atrás. Este estudio proporciona parte de la primera información sobre cuán robustamente se estaba metabolizando la vida antigua. El metabolismo del sulfato microbiano se registra en más de tres mil millones de años de relaciones de isótopos de azufre que están en línea con las predicciones de este estudiosugieren que la vida estaba prosperando en los antiguos océanos. Este trabajo abre un nuevo campo de investigación, que el profesor asociado de ELSI Shawn McGlynn llama "enzimología evolutiva e isotópica". Utilizando este tipo de datos, los científicos ahora pueden proceder a otros elementos, tales comocomo carbono y nitrógeno, y vinculan más completamente el registro geoquímico con los estados celulares y la ecología a través deuna comprensión de la evolución enzimática y la historia de la Tierra.
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Materiales proporcionados por Instituto de Tecnología de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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