Cuando la Tierra se congeló, ¿dónde se refugió la vida? Científicos del MIT afirman que un refugio pudo haber sido los charcos de hielo derretido que salpicaban la superficie helada del planeta.

En un estudio que aparece hoy en Nature Communications, los investigadores informan que hace entre 635 y 720 millones de años, durante los períodos conocidos como “Tierra bola de nieve”, cuando gran parte del planeta estaba cubierto de hielo, algunos de nuestros antiguos ancestros celulares podrían haber esperado a que las cosas se calmaran en estanques de agua de deshielo.

Los científicos descubrieron que los eucariotas —formas de vida celulares complejas que eventualmente evolucionaron hasta convertirse en la diversa vida multicelular que vemos hoy— podrían haber sobrevivido a la congelación global viviendo en charcas de agua poco profundas. Estos pequeños oasis acuáticos podrían haber persistido sobre capas de hielo relativamente superficiales presentes en las regiones ecuatoriales. Allí, la superficie del hielo podría acumular polvo y escombros de color oscuro provenientes del fondo, lo que potenciaría su capacidad de derretirse en charcas. A temperaturas cercanas a los 0 grados Celsius, las charcas de agua de deshielo resultantes podrían haber servido como entornos habitables para ciertas formas de vida compleja temprana.

El equipo extrajo sus conclusiones basándose en un análisis de los estanques de agua de deshielo actuales. Actualmente, en la Antártida, se pueden encontrar pequeños charcos de hielo derretido a lo largo de los márgenes de las capas de hielo. Las condiciones en estas capas de hielo polares son similares a las que probablemente existían en las capas de hielo cercanas al ecuador durante la Tierra Bola de Nieve.

Los investigadores analizaron muestras de diversos estanques de agua de deshielo ubicados en la plataforma de hielo McMurdo, en una zona que los miembros de la expedición de Robert Falcon Scott de 1903 describieron por primera vez como "hielo sucio". Los investigadores del MIT descubrieron indicios claros de vida eucariota en cada estanque. Las comunidades de eucariotas variaban de un estanque a otro, lo que revela una sorprendente diversidad de vida en todo el entorno. El equipo también descubrió que la salinidad desempeña un papel clave en el tipo de vida que puede albergar un estanque: los estanques con aguas más salobres o saladas presentaban comunidades eucariotas más similares, que diferían de las de los estanques con aguas más dulces.

“Hemos demostrado que los estanques de agua de deshielo son candidatos válidos para albergar el refugio de los primeros eucariotas durante estas glaciaciones a escala planetaria”, afirma la autora principal, Fatima Husain, estudiante de posgrado del Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias (EAPS) del MIT. “Esto nos demuestra que la diversidad está presente y es posible en este tipo de entornos. Es realmente una historia de resiliencia de la vida”.

Los coautores del estudio del MIT incluyen al profesor de Geobiología de Schlumberger Roger Summons y al ex investigador posdoctoral Thomas Evans, junto con Jasmin Millar de la Universidad de Cardiff, Anne Jungblut del Museo de Historia Natural de Londres e Ian Hawes de la Universidad de Waikato en Nueva Zelanda.

Zambullida polar

"Tierra Bola de Nieve" es el término coloquial que se utiliza para referirse a los períodos de la historia de la Tierra durante los cuales el planeta se congeló. Se usa a menudo como referencia a las dos glaciaciones consecutivas de varios millones de años que tuvieron lugar durante el Período Criogénico, al que los geólogos se refieren como el período comprendido entre 635 y 720 millones de años. Si la Tierra era más bien una bola de nieve endurecida o una "bola de nieve blanda" es aún un tema de debate. Pero los científicos están seguros de una cosa: la mayor parte del planeta se sumió en una profunda congelación, con temperaturas globales promedio de -50 grados Celsius. La pregunta ha sido: ¿cómo y dónde sobrevivió la vida?

Nos interesa comprender los fundamentos de la vida compleja en la Tierra. Observamos evidencia de eucariotas antes y después del Criogeniano en el registro fósil, pero carecemos en gran medida de evidencia directa de dónde pudieron haber vivido durante ese período —dice Husain—. La mayor parte de este misterio radica en que sabemos que la vida sobrevivió. Solo intentamos comprender cómo y dónde.

Existen diversas ideas sobre dónde podrían haberse refugiado los organismos durante la Tierra Bola de Nieve, incluyendo ciertas zonas del océano abierto (si existieron tales entornos), dentro y alrededor de respiraderos hidrotermales de aguas profundas, y bajo capas de hielo. Al considerar los estanques de agua de deshielo, Husain y sus colegas plantearon la hipótesis de que las aguas de deshielo superficiales también podrían haber albergado la vida eucariota primitiva en esa época.

“Existen muchas hipótesis sobre dónde pudo sobrevivir y refugiarse la vida durante el Criogeniano, pero no disponemos de análogos excelentes para todas ellas”, señala Husain. “Actualmente, existen charcas de agua de deshielo sobre el hielo en la Tierra y son accesibles, lo que nos brinda la oportunidad de centrarnos en los eucariotas que viven en estos entornos”.

Pequeño estanque, gran vida

Para su nuevo estudio, los investigadores analizaron muestras tomadas de estanques de agua de deshielo en la Antártida. En 2018, Summons y sus colegas de Nueva Zelanda viajaron a una región de la plataforma de hielo McMurdo en la Antártida Oriental, conocida por albergar pequeños estanques de hielo derretido, cada uno de apenas unos metros de profundidad y ancho. Allí, el agua se congela hasta el fondo marino, atrapando en el proceso sedimentos oscuros y organismos marinos. La pérdida de hielo de la superficie impulsada por el viento crea una especie de cinta transportadora que, con el tiempo, lleva estos residuos atrapados a la superficie, donde absorben el calor del sol, provocando el derretimiento del hielo, mientras que el hielo circundante, libre de residuos, refleja la luz solar entrante, lo que resulta en la formación de estanques de agua de deshielo poco profundos.

El fondo de cada estanque está revestido de esteras de microbios que se han acumulado a lo largo de los años para formar capas de comunidades celulares pegajosas.

“Estas esteras pueden tener unos pocos centímetros de grosor, ser coloridas y tener capas muy claras”, dice Husain.

Estos tapetes microbianos están compuestos por cianobacterias, organismos fotosintéticos unicelulares procariotas que carecen de núcleo celular u otros orgánulos. Si bien se sabe que estos antiguos microbios sobreviven en algunos de los entornos más hostiles de la Tierra, como los estanques de agua de deshielo, los investigadores querían saber si los eucariotas —organismos complejos que desarrollaron un núcleo celular y otros orgánulos unidos a membranas— también podrían resistir circunstancias igualmente difíciles. Responder a esta pregunta requeriría más que un microscopio, ya que las características que definen a los eucariotas microscópicos presentes entre los tapetes microbianos son demasiado sutiles para distinguirlas a simple vista.

Para caracterizar a los eucariotas, el equipo analizó los tapetes en busca de lípidos específicos que producen, llamados esteroles, así como componentes genéticos llamados ácido ribonucleico ribosómico (ARNr), los cuales pueden usarse para identificar organismos con diversos grados de especificidad. Estos dos conjuntos independientes de análisis proporcionaron huellas complementarias para ciertos grupos eucariotas. Como parte de la investigación de lípidos del equipo, encontraron muchos esteroles y genes de ARNr estrechamente asociados con tipos específicos de algas, protistas y animales microscópicos entre los tapetes microbianos. Los investigadores pudieron evaluar los tipos y la abundancia relativa de lípidos y genes de ARNr de un estanque a otro, y descubrieron que los estanques albergaban una sorprendente diversidad de vida eucariota.

“No hay dos estanques iguales”, afirma Husain. “Hay conjuntos de características que se repiten, pero están presentes en diferentes abundancias. Encontramos diversos conjuntos de eucariotas de todos los grupos principales en todos los estanques estudiados. Estos eucariotas son descendientes de los eucariotas que sobrevivieron a la Tierra Bola de Nieve. Esto realmente pone de relieve que los estanques de agua de deshielo durante la Tierra Bola de Nieve podrían haber servido como oasis sobre el hielo que alimentaron la vida eucariota que permitió la diversificación y proliferación de la vida compleja, incluyéndonos a nosotros, posteriormente”.

Esta investigación fue apoyada, en parte, por el Programa de Exobiología de la NASA, la Colaboración Simons sobre los Orígenes de la Vida y una subvención MISTI del MIT-Nueva Zelanda.

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