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Las plantas y algunos grupos de bacterias toman esencialmente la luz solar, el agua y el dióxido de carbono para transformarlos en carbohidratos y oxígeno, que posteriormente son reciclados y utilizados por otros seres vivos para su beneficio. Pero esto no siempre fue así. Durante la mayor parte de la historia de la vida en la Tierra, no hubo oxígeno respirable, y las aproximaciones teóricas acerca del funcionamiento de los procesos de la vida en ausencia del oxígeno se basaban principalmente en el uso el hidrógeno, el arsénico, el azufre o el hierro como elementos conductores de los electrones para satisfacer las necesidades metabólicas de los organismos.

La vida en la Tierra hace miles de millones de años radicaba principalmente en grandes y viscosas esteras de microbios que se desarrollaron en aguas poco profundas, y que, conforme transcurrió el tiempo, se cementaron y convirtieron en rocas calizas y capas llamadas estromatolitos. Estos ecosistemas, de los que sí había registro, permitían inferir a los especialistas la existencia de vida mucho antes de que el oxígeno estuviera presente en la atmósfera. Pero todavía no se había logrado identificar un medioambiente análogo actual que confirmara, en detalle, cómo se conformaron aquellos ambientes.

La pista que conecta ambos períodos fue hallada en el Altiplano Andino Central de Chile. En lo más profundo de ese lugar, un equipo internacional de científicos, liderado desde el lado argentino por María Eugenia Farías con la colaboración de Daniel Kurth -ambos investigadores del CONICET en el Laboratorio de Investigaciones Microbiológicas Lagunas Andinas de la Planta Piloto de Procesos Industriales Microbiológicos (LIMLA, PROIMI, CONICET) con base en Tucumán-, tras descubrir estromatolitos vivos en 2012 en la Puna, comprobó mediante investigaciones de varios años que estos microorganismos fueron capaces de adaptarse a las condiciones adversas del entorno desde tiempos primitivos y utilizar, en sustitución, arsénico para prevalecer tempranamente. Este estudio acaba de ser publicado en Communications Earth and Environment, una revista del grupo Nature, con vistas a perpetuarse como una sólida propuesta sobre la presencia de vida desde tiempos del arqueano.

Como se mencionó anteriormente, el grupo de trabajo conformado por geólogos, geoquímicos, físicos y biólogos provenientes de siete países diferentes, encontró en estromatolitos fosilizados indicios de que el arsénico fue el vehículo de la fotosíntesis y la respiración de estos microbios antiguos. En 2014, el equipo fortaleció aún más esa hipótesis al hallar en Australia evidencia irrefutable de fotosíntesis en tiempos arcaicos, basada en el empleo de ese metaloide. Para ser más exactos, en un longevo arrecife de ese país recolectaron, mediante perforaciones, trozos de estromatolitos de 2.720 millones de años del mundo anterior sin oxígeno. Las muestras obtenidas, que se estudiaron posteriormente en Francia a través de la implementación de rayos X, probaron la existencia de dos tipos de arsénico; no así de hierro o azufre.

Para respaldar aún más la teoría, restaba que los investigadores contaran con un equivalente moderno que posibilitara estudiar la biogeoquímica y el ciclo de elementos. Una expedición topográfica realizada por Farías junto a colaboradores chilenos en el Desierto de Atacama, sirvió para ratificar esta hipótesis. En ese inhóspito sitio observaron que el fondo de una laguna denominada La Brava, estaba teñido de un color púrpura brillante como resultado de la presencia de tapetes microbianos, activos, que forman estromatolitos y que prosperan pese a la ausencia total de oxígeno. “Estos son ecosistemas microbianos, extremófilos, que se adaptan a condiciones inhóspitas comparables a las del planeta hace 3.400 millones de años”, considera Farías, referente mundial en ecología microbiana de salares en los Andes.

Pero antes de avanzar, ¿A qué alude la investigadora para establecer tal semejanza? Esta región se caracteriza por una altitud sobre los 2000 metros sobre el nivel del mar y la disposición de cuencas cerradas que modulan las salinas y humedales creando condiciones que se asemejan a aquellas de la “sopa primitiva”. Es decir, caracterizado por la alcalinidad, alta salinidad y bajos niveles de oxígeno disuelto, que sumado a las fluctuaciones extremas diarias de temperatura y las condiciones oligotróficas (de escasos nutrientes), más la importante presencia de arsénico, convergen en un entorno complejo para que la vida se abra camino. Paradójicamente, ni siquiera este cúmulo de factores imposibilitó que allí surgieran las formas de vida más antiguas.

Frente a sus narices estaba entonces la evidencia que faltaba para conectar las investigaciones. “Aunque el descubrimiento se llevó a cabo en el año 2012 -recuerda la investigadora del PROIMI-, fue tan extraordinario que durante cinco años volvimos para medir ciclos día y noche en el verano e invierno, acampando en medio de uno de los lugares más inhóspitos del planeta”. Durante ese largo proceso de investigación, el equipo caracterizó la composición química y mineral de los tapetes microbianos anóxicos hallados, para seguidamente determinar, in situ y mediante microsensores, la ausencia completa de oxígeno en contraste con las abundantes cantidades de azufre. En cuanto al arsénico, este fue determinado mediante análisis de laboratorio. A través del microscopio, advirtieron bacterias fotosintéticas de color púrpura, diferentes de las cianobacterias productoras de oxígeno que estaban extrañamente ausentes. A su vez recolectaron muestras de ADN del tapete y encontraron genes para el metabolismo del arsénico.

En el laboratorio también mezclaron microbios del tapete, añadieron arsénico y expusieron la combinación a la luz solar. Como resultado: estaba produciéndose la fotosíntesis. Todo lo que quedaba era demostrar que los dos tipos de arsénico podían detectarse en los estromatolitos modernos. Los investigadores retornaron a Francia y, utilizando una técnica de emisión de rayos X, repitieron la elaboración de mapas geoquímicos, pero en este caso, de las muestras chilenas. Cada experimento realizado apoyó la presencia de un ciclo de arsénico sustancial y la carencia de oxígeno en el estromatolito moderno tomado como muestra, lo que valida la conexión con los modelos fósiles australianos estudiados en 2014, los mismos que contenían evidencia de un ciclo de arsénico activo en el pasado de la Tierra.