Científicos financiados por la NASA han descubierto que la vida en la Tierra hace más de 3 mil millones de años dependía del metal molibdeno, el cual era increíblemente escaso en el medio ambiente en ese entonces. El estudio, publicado en Nature Communications el martes, es el primero en demostrar que el molibdeno fue utilizado por la vida antigua en un periodo tan temprano de la historia de nuestro planeta.
En la Tierra actual, el molibdeno ayuda a acelerar reacciones bioquímicas vitales en las células. El metal es un componente de enzimas esenciales que impulsan varias reacciones biológicas importantes en los organismos. Esto no solo es crucial para los organismos individuales, sino también para los ciclos biogeoquímicos, como el ciclo del nitrógeno, que afectan a todo el planeta. Sin molibdeno, esas reacciones importantes podrían ocurrir en la naturaleza, pero serían demasiado lentas para mantener la vida.
“El molibdeno se encuentra en el centro catalítico de enzimas que ejecutan las principales reacciones de carbono, nitrógeno y azufre”, explicó Betül Kaçar, jefa del Laboratorio Kaçar en la Universidad de Wisconsin-Madison y autora principal del estudio. Kaçar lidera MUSE, un Consorcio Interdisciplinario de la NASA para la Investigación de Astrobiología (ICAR) en UW-Madison. “Preguntar cuándo la vida comenzó a usar molibdeno es realmente preguntar cuándo algunas de las estrategias metabólicas más trascendentales se volvieron posibles”, dijo Kaçar.
Un metal escaso pero esencial
El molibdeno es ahora relativamente común en el medio ambiente, y su escasez ya no es un problema para la vida. Pero no siempre fue así. La evidencia geológica muestra que solo cantidades mínimas de molibdeno estaban presentes en los océanos de la Tierra hace miles de millones de años. Los niveles aumentaron alrededor de la época en que los microorganismos comenzaron a usar la fotosíntesis, lo que eventualmente llevó a un aumento dramático en la cantidad de oxígeno atmosférico (hace aproximadamente 2.45 mil millones de años). Esto se conoce como el Gran Evento de Oxidación y tuvo un efecto profundo en la evolución de la vida.
Un estudio previo de la NASA incluso sugirió que el aumento del molibdeno en el medio ambiente alrededor de esta época pudo haber sido necesario para la evolución de la vida compleja. Pero, ¿cuándo comenzó la vida a usar molibdeno por primera vez? Debido a su escasez en la Tierra antigua, los astrobiólogos se han preguntado si la vida pudo haber comenzado usando otros metales para acelerar las reacciones vitales. El tungsteno, por ejemplo, se comporta de manera similar en las células y es utilizado hoy por algunos organismos que viven en ambientes extremos.
¿Tungsteno primero, molibdeno después?
Los científicos teorizaron previamente que la vida pudo haber usado tungsteno primero y luego evolucionó para usar molibdeno una vez que estuvo más disponible. El nuevo estudio muestra que este no fue necesariamente el caso. El equipo recopiló datos disponibles sobre la prevalencia del molibdeno a lo largo del tiempo y reconstruyó la historia del uso del metal a lo largo de las ramas del árbol de la vida. Descubrieron que, aunque el molibdeno era escaso, los microbios antiguos en la Tierra aún encontraron la manera de usarlo. Lo mismo ocurre con el uso del metal tungsteno.
“Nuestro trabajo muestra que tanto los sistemas enzimáticos que usan molibdeno como los que usan tungsteno tienen raíces Arqueanas, lo que sugiere que la vida temprana probablemente trabajó con ambos metales, en lugar de seguir una simple historia de ‘tungsteno primero, molibdeno después’”, dijo Kaçar. “Argumentamos que el uso de molibdeno es mucho más antiguo de lo que muchos modelos suponían, con datación molecular que sitúa la utilización del molibdeno en el Eoarcaico al Mesoarcaico, aproximadamente hace 3.7 a 3.1 mil millones de años, mucho antes del Gran Evento de Oxidación”.
Fuentes de metales en el fondo marino
Trabajos anteriores del MUSE ICAR, publicados en 2024, identificaron ciertos nichos donde la vida temprana pudo haber encontrado suministros de molibdeno y otros metales escasos en las profundidades del océano. Las fuentes hidrotermales en el fondo marino proporcionan metales traza como hierro, zinc, cobre, níquel, manganeso, vanadio, molibdeno, cobalto y tungsteno. “Incluso si el agua de mar del Arcaico contenía poco molibdeno disuelto en general, los sistemas localizados como las fuentes hidrotermales aún podrían haber suministrado cantidades utilizables de molibdeno y otros metales”, dijo Kaçar.
El nuevo estudio muestra que, incluso en medio de una variedad de otros metales útiles, el molibdeno fue una de las primeras opciones de la vida como catalizador metálico. “Puede que valiera la pena ‘elegir’ molibdeno porque permite la catálisis en una amplia gama de sustratos y condiciones redox”, dijo Kaçar. “En otras palabras, la escasez no hizo que el molibdeno fuera poco importante; sus ventajas catalíticas pueden haber hecho que valiera la pena evolucionar formas de adquirirlo y usarlo”.
Implicaciones para la búsqueda de vida extraterrestre
El estudio muestra cómo la vida puede encontrar la manera de usar elementos en el medio ambiente, incluso si son escasos, y nos recuerda que en la búsqueda de vida más allá de la Tierra debemos estar preparados para posibilidades que aún no hemos considerado. Buscar vida en el universo no se trata de construir una lista de condiciones que se parezcan a la Tierra actual. Estudiar la historia de nuestro planeta y la evolución de la vida permite a los astrobiólogos observar períodos de tiempo en los que la Tierra era un planeta muy diferente al de hoy. De esta manera, obtenemos una mejor comprensión de la amplitud de planetas en el universo que podrían ser habitables para la vida tal como la conocemos.
“Nuestro ICAR de la NASA muestra que mapear la historia evolutiva de los elementos bioesenciales en la Tierra puede ayudarnos a predecir qué podría usar la vida en otros mundos, y que diferentes inventarios abióticos podrían llevar a diferentes elecciones de elementos biológicos”, dijo Kaçar. “La detección de vida debe ser consciente de los metales, del estado redox y de la evolución. No deberíamos buscar solo ‘vida como la de la Tierra ahora’, sino estrategias bioquímicas que tengan sentido en un planeta con una historia diferente de oxigenación y disponibilidad de metales”.
