Un grupo de científicos descubrió en Japón cinco manantiales termales donde las condiciones químicas se parecen a las que existían en la Tierra primitiva, mucho antes de que hubiera oxígeno en la atmósfera.

En estos lugares, la vida prospera gracias al hierro y al hidrógeno, tal como ocurrió hace más de 2.300 millones de años. El hallazgo confirmado y publicado en la revista Microbes and Environments por el Earth-Life Science Institute (ELSI) de Tokio, permite observar cómo funcionaban los primeros ecosistemas del planeta y ofrece claves sobre el origen y la evolución de la vida.

A simple vista, estos manantiales podrían parecer iguales a cualquier otro, pero contienen una característica única en el mundo moderno: altas concentraciones de hierro ferroso (Fe²⁺). Este tipo de hierro se oxidaría en presencia de oxígeno, pero estos ambientes carecen casi por completo de ese gas. La composición química y el pH casi neutro del agua reflejan lo que fue el océano hace más de 2.300 millones de años, cuando la atmósfera era prácticamente irrespirable y la vida apenas surgía.

“Estos manantiales ricos en hierro proporcionan un laboratorio natural insustituible para estudiar el metabolismo microbiano bajo condiciones similares a las de la Tierra arcaica”, explicó el investigador Shawn McGlynn, supervisor del estudio. La investigación demostró que estos manantiales mantienen ecosistemas que remiten directamente a la era previa al auge masivo del oxígeno.

El equipo liderado por Li-Hau empleó técnicas metagenómicas avanzadas para analizar el ADN de los microorganismos presentes. En cuatro de las cinco fuentes identificadas, los protagonistas eran bacterias oxidantes de hierro microaerófilas, es decir, organismos que habitan donde el oxígeno es escaso y obtienen energía al transformar hierro ferroso en férrico. Este hallazgo sugiere que durante los primeros milenios de la vida en la Tierra, el hierro y el hidrógeno constituían las principales fuentes de energía biológica, antes de la expansión de la fotosíntesis oxigénica.

Estas bacterias, vistas en manantiales de Akita y Aomori, “respiran” hierro en vez de oxígeno, y tienen un rol bioquímico esencial: aprovechan los pocos subproductos de la actividad de otros microorganismos, lo que crea una red de interdependencia. En palabras del equipo investigador: “Estas comunidades microbianas replican procesos metabólicos clave de los primeros ecosistemas terrestres”.

El estudio también identificó la presencia de cianobacterias —microbios responsables de liberar oxígeno a la atmósfera terrestre—, aunque en proporciones muy inferiores a los oxidantes de hierro. Según explicaron los investigadores, estas cianobacterias pudieron haber generado pequeñas cantidades de oxígeno, fomentando una convivencia equilibrada con bacterias sensitivas al gas. Se describe un ecosistema de cooperación y balance, donde la vida primitiva dependía tanto del hierro como de las primeras trazas de oxígeno para prosperar.

En una de las fuentes, llamada Kowakubi, lo dominante eran bacterias de la familia Hydrogenophilaceae, capaces de usar hidrógeno como fuente energética. Ese hallazgo reforzó la hipótesis de que el hidrógeno jugó un rol central en los orígenes de la vida.

Utilizando más de 200 genomas microbianos reconstruidos, el equipo de ELSI identificó genes responsables de procesos como fijación de carbono, nitrógeno y oxidación de hierro. Las comunidades microbianas analizadas son capaces de reducir nitratos a amonio y completar el ciclo del nitrógeno, evidenciando una complejidad biogeoquímica antes desconocida para esa etapa planetaria. A pesar de la baja presencia de compuestos sulfurosos, fueron identificados genes asociados al reciclaje de azufre, lo que apunta a un ciclo del azufre oculto eficiente, explicaron los expertos.

“La diversidad metabólica observada fue más amplia de lo esperado”, mencionaron los investigadores. Esta diversidad habría permitido una resiliencia crucial en condiciones extremas y cambiantes.

A pesar de las diferencias químicas entre los manantiales, todos mostraron un patrón común: la coexistencia de bacterias que utilizan hierro, microorganismos dependientes de pequeñas cantidades de oxígeno y especies anaerobias. Esta organización sugiere que los primeros ecosistemas no eran unilaterales, sino cooperativos y adaptativos. “Nuestros resultados muestran que, en presencia de hierro ferroso y oxígeno limitado, estas comunidades logran mantener ciclos biogeoquímicos completos”, confirmó Li-Hau.

Esta estructura comunitaria permite comprender el proceso de transición entre un mundo dominado por la química reductora y otro marcado por la oxigenación progresiva. Las burbujas que emergen en estos manantiales, según cita el artículo, llevan la huella de la historia más antigua de la vida.

Esta investigación, según el propio ELSI, representó una ventana a los procesos biológicos que transformaron la atmósfera y sentaron las bases para la aparición de la vida compleja. La ciencia sigue desentrañando cómo aquellos microorganismos primitivos lograron modificar tanto la química planetaria como las posibilidades de la vida, en la Tierra y quizá más allá.