¿Cómo explican las rocas volcánicas una clave del origen de la vida?

Una parte del viejo rompecabezas sobre cómo pudo arrancar la vida en la Tierra quizá estaba literalmente bajo nuestros pies. Un equipo internacional de científicos ha descubierto que las rocas ígneas que dominaron buena parte de la corteza terrestre primitiva podían almacenar formas de fósforo mucho más reactivas de lo que se creía y liberarlas después al entrar en contacto con el agua. No es la receta definitiva de la vida, ni mucho menos, pero sí una posible solución a uno de sus problemas químicos más persistentes.

El trabajo, publicado en Nature Communications, identifica fosfito y pirofosfato en basaltos, komatiitas, peridotitas y minerales de olivino. Son formas de fósforo especialmente interesantes para la química prebiótica, la que precedió a los primeros organismos. La cuestión decisiva es que esas rocas no habrían actuado como un episodio fugaz, sino como un depósito capaz de abastecer durante millones de años océanos, sistemas hidrotermales y lagos de la Tierra joven. Ahí está la verdadera novedad.

El fósforo era una pieza incómoda en el origen de la vida

Carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, azufre… y fósforo. La vida utiliza un pequeño repertorio de elementos que, combinados con una precisión casi insolente, terminan formando células. El fósforo ocupa un lugar particularmente delicado: forma parte de los ácidos nucleicos, de las membranas celulares y del ATP, la molécula que funciona como una especie de moneda energética dentro de las células.

El problema es que tener fósforo en un planeta no significa necesariamente disponer de fósforo capaz de reaccionar. En las condiciones habituales de la superficie terrestre aparece principalmente como ortofosfato, una forma relativamente estable, poco soluble y poco dispuesta a participar espontáneamente en algunas de las reacciones químicas necesarias para generar moléculas biológicas complejas. Estupendo para una biosfera que ya funciona; bastante menos cómodo cuando todavía hay que ponerla en marcha.

Durante años se han propuesto distintas salidas a ese atasco. Meteoritos ricos en fosfuros, rayos capaces de transformar minerales, volcanismo extremo o determinados procesos geológicos pudieron producir compuestos de fósforo más reactivos. El inconveniente era otro: muchas de esas fuentes parecían locales, episódicas o demasiado breves para explicar un abastecimiento químico sostenido. El nuevo estudio plantea que las propias rocas que cubrían grandes extensiones de la Tierra antigua podían desempeñar ese papel de fondo.

Qué han encontrado realmente dentro de las rocas

Los investigadores estudiaron materiales máficos y ultramáficos procedentes de 15 localizaciones, con muestras de basalto, komatiita, peridotita y olivino. Estas rocas importan especialmente porque materiales semejantes fueron mucho más abundantes en la corteza oceánica de la Tierra joven que en la superficie continental que conocemos actualmente.

Los análisis detectaron fosfito en proporciones que alcanzaban aproximadamente el 24 % del fósforo total en algunas peridotitas, cerca del 17 % en determinadas komatiitas y alrededor del 7 % en muestras separadas de olivino. En los basaltos la proporción máxima fue bastante menor, aproximadamente un 0,6 %, aunque estas rocas contienen más fósforo total y pudieron seguir aportando cantidades relevantes.

También apareció pirofosfato, con proporciones de hasta aproximadamente un 5 % en algunas komatiitas y del 0,4 % en basaltos. La presencia de ambas especies cambia el panorama porque no estamos hablando simplemente del fósforo mineral relativamente inerte que suele aparecer cuando se reconstruye la química de la Tierra primitiva.

No bastaba, claro, con romper una piedra y encontrar una molécula interesante. Los científicos debían comprobar que esos compuestos no fueran únicamente productos posteriores de alteraciones químicas. Tras estudiar esa posibilidad, el equipo sostiene que el fosfito y el pirofosfato observados tienen probablemente un origen magmático: estaban relacionados con los propios procesos mediante los que se formaron aquellas rocas.

Fosfito y pirofosfato, dos compuestos especialmente valiosos

El fosfito resulta atractivo porque es mucho más soluble que el fosfato convencional. Puede llegar a ser aproximadamente 1.000 veces más soluble en determinados fluidos naturales. Esa diferencia parece un detalle de laboratorio, pero no lo es. Una sustancia atrapada dentro de un mineral sirve de poco para una química que necesita mover moléculas, concentrarlas y hacerlas reaccionar.

El pirofosfato aporta otra propiedad interesante. Puede participar en procesos de fosforilación, es decir, en la incorporación de grupos fosfato a otras moléculas. Ese tipo de química resulta esencial en la biología moderna y probablemente tuvo algún equivalente mucho antes de que existieran enzimas sofisticadas capaces de gestionar esas reacciones con la eficacia de una célula actual.

No significa que el pirofosfato encerrado en una roca se transformara alegremente en ADN una tarde cualquiera. Entre una cosa y otra hay un abismo químico. Lo relevante es bastante más prudente y, precisamente por eso, más sólido: aparece una fuente geológica plausible y duradera de compuestos reactivos que podían alimentar procesos prebióticos.

Una fábrica química lenta bajo los océanos primitivos

La hipótesis cobra más fuerza cuando se observa cómo era la corteza terrestre hace miles de millones de años. Entre aproximadamente 3.500 y 2.000 millones de años atrás, basaltos y komatiitas tuvieron una presencia fundamental en la corteza oceánica. Las komatiitas son rocas volcánicas ultramáficas asociadas a magmas extraordinariamente calientes y fueron mucho más frecuentes en la Tierra antigua que en la actual.

Los cálculos del equipo indican que el fosfito y el pirofosfato pudieron mantenerse en aquella corteza en concentraciones absolutas del orden de 4 a 5 partes por millón durante buena parte del periodo estudiado. Suena a poco desde nuestra escala cotidiana. Geológicamente, una fuente discreta que trabaja durante millones de años deja de ser discreta.

El mecanismo sería bastante prosaico: agua y roca. La alteración de basaltos y komatiitas en el fondo marino habría liberado progresivamente fósforo soluble. Los volcanes submarinos y la corteza oceánica funcionarían así como una especie de almacén químico de larga duración, sin depender exclusivamente de que cayera el meteorito adecuado o de que un rayo golpeara justamente donde convenía. Menos espectacular, sí. Mucho más constante.

Los lagos pudieron ser mejores laboratorios que los océanos

Los investigadores utilizaron modelos para estimar cuánto fosfito podía acumularse después de ser liberado de las rocas. El resultado cambia mucho según el ambiente. En el océano profundo, bajo determinados escenarios, las concentraciones estables serían bajas, aunque podrían alcanzar aproximadamente 1 o 2 micromoles por litro cuando la oxidación provocada por la radiación ultravioleta quedaba reducida.

Los lagos ofrecen un escenario bastante más sugerente. En masas de agua alimentadas por terrenos ricos en rocas máficas o ultramáficas, el fosfito podría concentrarse mucho más. Los modelos calculan valores de hasta aproximadamente 67 micromoles por litro cuando la exposición a los rayos ultravioleta era limitada, por ejemplo debido a capas orgánicas superficiales o a la estratificación del agua.

Aquí aparece una imagen potente de la química prebiótica: pequeños lagos volcánicos, entradas continuas de minerales procedentes de la erosión, periodos de evaporación y concentración, agua que desaparece y regresa, minerales que vuelven a reaccionar. Nada parecido a un laboratorio impecable. Más bien barro, calor, piedra y ciclos repetidos durante un tiempo casi incomprensible para una vida humana.

Había, sin embargo, un enemigo importante. El fosfito no era indestructible. La radiación ultravioleta podía oxidarlo y convertirlo en fosfato, reduciendo su acumulación cerca de la superficie. Los cálculos muestran que, con una fotooxidación intensa, la concentración en algunos lagos habría permanecido por debajo de 0,1 micromoles por litro.

Eso evita una interpretación demasiado cómoda del descubrimiento. El estudio identifica una fuente que pudo funcionar, pero la disponibilidad real dependía de la profundidad del agua, la composición atmosférica, el hierro disuelto, la circulación de los lagos y otras condiciones locales. El origen de la vida necesitaba algo más que ingredientes: necesitaba también el escenario apropiado.

Por qué el hallazgo cambia una vieja explicación

Uno de los candidatos tradicionales para suministrar fósforo reactivo a la Tierra temprana eran los meteoritos que transportaban minerales como la schreibersita. Cuando esos materiales reaccionan con agua pueden producir compuestos solubles de fósforo. La idea sigue siendo válida. El nuevo estudio no la descarta; simplemente amplía mucho el decorado.

La diferencia es sustancial. Un bombardeo meteorítico es una aportación exterior y necesariamente irregular. Las rocas máficas y ultramáficas ofrecen, en cambio, una fuente endógena, fabricada y almacenada dentro del propio planeta. La Tierra habría podido generar por sí misma una reserva de fósforo reducido mucho mayor de lo que se suponía.

El estudio estima que hasta aproximadamente un 0,70 % del fósforo de la corteza primitiva pudo encontrarse en formas reactivas como fosfito y pirofosfato en determinados escenarios del Arcaico. El porcentaje no demuestra que las reacciones que condujeron a la vida ocurrieran gracias a ellas. Sí hace menos misteriosa la procedencia de una materia prima que durante décadas había dado bastantes dolores de cabeza a quienes intentan reconstruir los primeros pasos de la química biológica.

Hay otro cambio de perspectiva. La cuestión quizá no consista únicamente en encontrar una gran fuente puntual de fósforo, sino en explicar cómo pequeñas cantidades podían ser liberadas de manera continua durante millones de años. En química prebiótica, el tiempo cuenta. Mucho.

Marte, Europa y Encélado también entran en la ecuación

La consecuencia más sugerente del estudio sale de nuestro planeta. Las rocas máficas y ultramáficas no son una extravagancia exclusiva de la Tierra. Existen materiales comparables en Marte y probablemente en los interiores rocosos de lunas heladas como Europa y Encélado. Si también contienen fósforo reducido, el contacto prolongado entre agua y roca podría movilizarlo.

En Marte, las abundantes rocas volcánicas superficiales podrían constituir un reservorio de fosfito. El planeta tuvo agua líquida en su pasado remoto, lagos, ríos y ambientes hidrotermales, de modo que el mecanismo identificado en la Tierra plantea una posibilidad adicional para reconstruir su antigua química.

Europa y Encélado presentan una situación distinta. Sus océanos permanecen enterrados bajo gruesas capas de hielo, protegidos de gran parte de la radiación ultravioleta que en la superficie de la Tierra primitiva podía destruir especies químicas como el fosfito. En teoría, semejante protección podría favorecer una acumulación mayor de fósforo reactivo.

Eso no significa que exista vida bajo el hielo de Encélado, en Europa o escondida en algún rincón de Marte. Esa frontera sigue donde estaba. Lo que cambia es el inventario de condiciones consideradas favorables: allí donde coincidan agua líquida, roca apropiada y actividad geoquímica prolongada, este mecanismo podría aportar una materia prima que hasta hace poco parecía bastante más difícil de conseguir.

La Tierra pudo tener más fósforo disponible de lo pensado

El hallazgo no resuelve el origen de la vida. Sería extraordinario que un problema de varios miles de millones de años se dejara liquidar con unas cuantas muestras de basalto. Lo que sí consigue es retirar una piedra bastante incómoda del camino: explica cómo la Tierra primitiva pudo disponer de fósforo soluble y químicamente activo durante largos periodos, sin depender únicamente de acontecimientos excepcionales.

La imagen que emerge es menos cinematográfica que un meteorito incendiando el cielo y quizá más interesante. Océanos oscuros, volcanismo abundante, rocas calientes que se enfrían, agua infiltrándose por grietas y una liberación lenta de compuestos reactivos. Una química paciente. En algún punto de aquella Tierra irreconocible, esos materiales pudieron intervenir en reacciones cada vez más complejas hasta que la frontera entre geología y biología empezó a desdibujarse.

No sabemos exactamente dónde ocurrió ni cuál fue la secuencia definitiva. Pero el fósforo, uno de los elementos que parecía empeñado en complicar la historia, pudo haber estado disponible de forma mucho más constante de lo que suponíamos. Y para entender cómo un planeta de roca acabó cubierto de organismos capaces incluso de preguntarse de dónde salieron, no es precisamente un detalle menor.