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Cómo la vida dio forma a la Tierra El día 14 Julio XX , la misión New Horizons de la NASA pasó cerca del planeta enano Plutón a una distancia de tan solo 12.472 kilometros y envió imágenes que intrigó a muchos de los habitantes de su planeta de origen. Imágenes de montañas de hielo de Plutón de hasta 3.500 metros y parches sorprendentemente suaves que sugieren una superficie remodelada por procesos geológicos, así como por lo menos cinco lunas, mantendrán ocupados a los científicos durante los próximos meses, mientras que New Horizons acelera a su provisional siguiente objetivo, el objeto del cinturón de Kuiper 2014MU69. Coronando una misión que se había estado preparando desde 2000 y en vuelo desde enero de 2006, el sobrevuelo también continuó una larga serie de exitosas misiones del sistema solar en este siglo. Otros logros notables incluyen la órbita y la deposición de un módulo de aterrizaje en el cometa 67P / ChuryumovGerasimenko, así como las múltiples misiones actualmente activas en Marte. Más espectacularmente tal vez, el robot Opportunity es todavía fuerte en su 12 º año de exploración, mientras que el rover Curiosity, con su equipo de laboratorio

avanzado, vigas de vuelta la información detallada sobre la geología y la química

de Marte. 1. Descargar imagen de alta resolución (447KB) 2. Descargar imagen a tamaño completo Planeta muerto: si bien la exploración intensiva de nuestro vecino puede descubrir rastros de vidas pasadas, está claro que el planeta Marte es mucho más simple en términos de composición mineral y no ha sido moldeado por la vida como lo ha sido nuestro planeta durante miles de millones de años. (Foto: NASA / JPL-Caltech / MSSS.) Estas misiones han revelado fascinantes detalles de los materiales de los que está hecho nuestro sistema planetario. Todos los planetas y lunas deshabitadas parecen ser mucho más simples en su composición que nuestro planeta viviente. Pero, ¿es un planeta geológicamente rico y complejo un prerrequisito para la vida, o la vida misma convierte una bola de roca básica en algo mucho más interesante? Ingenieros de Ecosistemas

Es innegable que la vida en la Tierra actualmente está remodelando el planeta. Nuestra especie en particular ha agregado superficie terrestre a continentes, redirigido ríos, océanos vinculados y agujeros excavados que son lo suficientemente grandes como para verse desde el espacio. Sin embargo, nuestra influencia de mayor alcance puede ser en aquellos aspectos que no son visibles a simple vista, incluido el cambio en la composición de la atmósfera, la acidificación de los océanos y la distribución global de materiales novedosos.

1. Descargar imagen de alta resolución (606KB) 2. Descargar imagen a tamaño completo Ahuecado: las cuevas de piedra caliza son causadas por bacterias que oxidan sulfuro de hidrógeno para producir ácido sulfúrico. La imagen muestra a investigadores de la Universidad Estatal de Pensilvania trabajando en tal cueva. (Foto: Jennifer Macalady, Penn State) El impacto de la humanidad en los sistemas de la Tierra es tan significativo y penetrante que los geólogos ahora están considerando oficialmente la definición de una nueva época, el Antropoceno, para incluir este fenómeno en la línea de tiempo geológica (Curr. Biol. (2015) 25 , R131-R134 ) Si bien nuestra especie puede ser única en la producción de cambios globales masivos en muy poco tiempo, no somos los únicos ingenieros de ecosistemas. De hecho, el mundo

natural que nos rodea ha sido formado por organismos vivos de muchas maneras que no se cruzan de inmediato. El escritor de ciencia Bob Holmes de Edmonton, Canadá, ha explorado un escenario especulativo del futuro de la Tierra si la vida se extinguiera (New Scientist (2013) 2936 , 38-41). Con el fin de la fotosíntesis, la atmósfera acumularía CO 2 y se agotaría en oxígeno con bastante rapidez, lo que no solo vería el aumento de las temperaturas y el derretimiento de las capas de hielo, sino que también afectaría la meteorización y las estructuras de las montañas. Los ríos serian diferentes si sus bancos no estuvieran estabilizados por las raíces de las plantas. El suelo se lavaría en los mares dejando una superficie de roca y arena desnuda, muy similar a la que los exploradores exploran en Marte. En escalas de tiempo más largas de algunas decenas de millones de años, Holmes especula, los lazos de retroalimentación positiva podrían someter a la Tierra a un efecto invernadero desbocado creando condiciones similares a las de Venus, y lo harán permanentemente inhabitable. Por lo tanto, la vida es, en un patrón de mosaico creado por sus muchas influencias diferentes, lo que mantiene nuestro planeta ampliamente habitable, incluso si ocasionalmente aparece una especie deshonesta como la nuestra y desencadena una extinción masiva. ¿Cuán atrás podemos rastrear la capacidad de la vida para construir su propio hábitat en el registro geológico? Capa sobre capa Gran parte de lo que vemos como la Tierra que nos rodea es, por supuesto, el producto o la espiral mortal de alguna forma de vida pasada. Los ríos y costas que definen nuestros mapas están todos formados por la vida; las formas de nuestra geografía se habrían visto diferentes antes de que la tierra conquistara la vida. Los acantilados blancos de Dover, al igual que sus contrapartes continentales en Dinamarca, Alemania y Francia, son sedimentos formados por restos esqueléticos de cocolitóforos (algas planctónicas unicelulares) que se acumularon durante el Cretácico, hace entre 145 y 66 millones de años. Bajo tierra, los combustibles fósiles que nuestra civilización quema con tanto entusiasmo son los restos de plantas que en su mayoría murieron hace varios cientos de millones de años y luego fueron procesadas anaeróbicamente bajo presión y en parte con la ayuda de bacterias. Ninguna de estas capas geológicas existiría si nuestro planeta hubiera permanecido sin vida. Más allá de la superposición de organismos muertos, los microbios también pueden dar forma a nuestro mundo en tres dimensiones. Las bacterias que

convierten el sulfuro de hidrógeno en ácido sulfúrico son responsables de vastas cavernas en rocas como la piedra caliza. Un análisis reciente de Jennifer Macalady y colegas de Penn State University, Estados Unidos, sugiere que en una cueva típica de piedra caliza rica en sulfuro de hidrógeno las bacterias que viven sobre el agua son responsables de producir el ácido sulfúrico que disuelve la roca, mientras que aquellas debajo de la línea de agua producir azufre elemental (Chem. Geol. (2015) 410 , 21-27). Los fósiles que ayudan a los geólogos a identificar las capas de la corteza terrestre y los biólogos para dar sentido a la evolución de la vida nos recuerdan que estamos caminando sobre muchas capas de vidas pasadas. Cuando los animales comenzaron a construir conchas duras o esqueletos internos hace unos 540 millones de años, hicieron que el registro fósil fuera más diverso e interesante, y es posible que hayan aniquilado gran parte de la biodiversidad anterior. Simon Darroch de la Universidad de Vanderbilt en Nashville, Tennessee, EE. UU., Analizó recientemente fósiles de Ediacara de hace 545 millones de años desde un sitio en Namibia para probar las hipótesis contrapuestas sobre las causas de la extinción masiva que acabó con el período de Ediacara. Los autores concluyeron a partir de su evidencia paleoecológica cuantitativa "que la innovación evolutiva, la ingeniería del ecosistema y las interacciones biológicas pueden haber causado finalmente la primera extinción masiva de la vida compleja" (Proc. R. Soc. B. (2015) 282 , 20151003). Aunque los organismos anteriores eran mucho más primitivos, la historia de la vida que configura la Tierra se remonta aún más atrás. El oxígeno aumenta la evolución mineral Un importante punto de inflexión en la historia de la vida en la Tierra fue el "Gran evento de oxigenación" hace unos 2.400 millones de años, cuando los microbios fotosintéticos relacionados con las cianobacterias de hoy convirtieron una biosfera anaeróbica en una altamente aeróbica. El cambio a la atmósfera en sí mismo ya es uno de los mayores cambios en la configuración de la Tierra que ha hecho la vida, pero sus efectos secundarios también afectaron a otras partes del sistema de la Tierra, incluidos los minerales. Robert Hazen de Carnegie Institution en Washington DC, EE. UU., Ha desarrollado un modelo paso a paso de la evolución de la diversidad de minerales que vemos hoy en la Tierra (Elements (2010) 6 , 9-12). Esta diversidad necesita explicaciones, ya que los meteoritos y otros planetas albergan cantidades mucho menores de minerales diferentes, y en el modelo detallado propuesto por Hazen, el evento de oxigenación representa el mayor salto.

Esencialmente, la cantidad de minerales aumentó con cada proceso adicional que podría convertir su estructura o composición química. El polvo de estrellas del que se formó nuestro sistema solar contenía solo una docena de minerales diferentes. Al encenderse el Sol, se agregaron alrededor de 50, a medida que la energía liberada hacía que el polvo de las estrellas se derritiera y se recondensara. La acreción de nuestro planeta y la adquisición de agua (muy probablemente por los impactos de los cometas) permitieron que el número creciera a alrededor de 250, que forman el repertorio que la Tierra comparte con otros planetas rocosos y con meteoritos. En la segunda era de la evolución mineral, la diferenciación de la Tierra en núcleo, manto y corteza, junto con la disponibilidad de agua como disolvente para la recristalización, condujo a una mayor diversificación de minerales a alrededor de 1, A partir de este nivel de diversidad provocado principalmente por procesos inorgánicos, la disponibilidad de oxígeno libre en la atmósfera, causado o al menos ayudado por microbios, catapultó la diversidad mineral a un nivel mucho más elevado de poco más de 4.000 tipos diferentes de minerales. "Durante décadas nos hemos dado cuenta de que los minerales probablemente desempeñaron un papel clave en los orígenes de la vida; ahora nos estamos dando cuenta de que la vida desempeñó papeles igualmente esenciales en los orígenes de la mayoría de las especies minerales ", concluye Hazen. Hoy, el recuento oficial de la Asociación Mineralógica Internacional (IMA) se sitúa en 5.046 ( http://rruff.info/ima/ ). Un análisis estadístico reciente realizado por Hazen y sus colegas ha demostrado que nuestro conocimiento actual está destinado a ser incompleto: hay más de 1.500 minerales probablemente

presentes, pero aún no descubiertos (Math. Geosci. (2015) 47 , 647-661).

1. Descargar imagen de alta resolución (705KB) 2. Descargar imagen a tamaño completo Trabajo en tierra: las raíces de las plantas ayudan a dar forma y estabilizar el suelo donde crecen, evitando la erosión e influyendo en el curso de los ríos. (Foto: Richard Bardgett.) El conteo IMA también ignora todos los materiales hechos por el hombre por defecto. Jan Zalasiewicz y sus colegas han argumentado que los materiales minerales hechos por el hombre que probablemente persistan en el ambiente en escalas de tiempo geológicamente relevantes, como el carburo de tungsteno que forma la bola en un bolígrafo, ahora deben agregarse al conteo (Geol. Soc. . Sp. (2014) 395 , 109-117). Esta es una de las formas en que la vida da forma a la Tierra y, como argumenta Zalasiewicz, solo otra evidencia que muestra que el Antropoceno está sobre nosotros. Primeros días Antes del evento de oxigenación, solo había microbios anaeróbicos, y tenemos muy poca evidencia sobre lo que le hicieron al planeta joven. Construyeron "rocas vivas" finamente estratificadas - estromatolitos - que ahora se pueden encontrar en algunas calizas antiguas, y que probablemente estuvieron involucradas en un tipo de fotosíntesis que no produjo oxígeno molecular (fotosíntesis anoxigénica) que comenzó a precipitar el hierro fuera del los primeros océanos. En general, sin embargo, pueden haber sido demasiado escasos para tener un efecto global

profundo, pero nuevamente carecían de los controles y equilibrios de una biosfera compleja, por lo que es concebible que una proliferación de bacterias, todas con la misma reacción química, se hayan inclinado. geología de una manera u otra. Esto también sería consistente con los cambios muy dramáticos en la historia del clima profundo de nuestro planeta. El oxígeno envió el clima de la Tierra en un viaje en montaña rusa. "Si una nueva generación de bacterias comienza a introducir ese compuesto químico nuevo y muy reactivo, el oxígeno libre, en la atmósfera, entonces eso podría tener consecuencias para un planeta que crea una gran cantidad de nuevos minerales", explica Jan Zalasiewicz. "Ese oxígeno podría oxidarse y, por lo tanto, destruir algo que podría haber sido un constituyente importante de la atmósfera, a saber, el metano, que es un gas de efecto invernadero mucho más poderoso que el dióxido de carbono. Probablemente no sea una coincidencia que el 'Gran Acontecimiento de Oxigenación' fuera seguido por el primero de los episodios de 'Tierra Bola de Nieve', cuando la Tierra entró en una congelación profunda, y se envolvió en hielo. Eso es todo un truco para que funcione un organismo unicelular ". Luego está la cuestión de cómo las capas más profundas del océano se oxigenaron durante la era neoproterozoica, hace entre mil millones y 540 millones de años. El cambio dramático en el estado de oxidación de los océanos fue un requisito clave para la evolución de animales complejos, incluidos nuestros primeros ancestros vertebrados.

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2. Descargar imagen a tamaño completo Pastel de capas: las formaciones de hierro en bandas son un signo temprano de vida en la misma medida en que se produjeron hace tres o dos mil millones de años cuando los océanos anóxicos ricos en hierro ferroso altamente soluble (Fe 2+ ) se oxidaron, lo que provocó la precipitación de hierro ferroso (Fe 3+ ), la versión familiar de todas las cosas que se oxidan. Las capas blancas típicamente consisten en el sílex mineral de sílex. (Foto: Graeme Churchard) Muchos han supuesto que un aumento en el oxígeno atmosférico condujo a la oxigenación de las aguas. Sin embargo, a medida que los organismos fitoplanctónicos productores de oxígeno se hunden en el lecho marino y agotan el oxígeno a medida que se descomponen, un equilibrio simple puede no ser la solución. Tim Lenton de la Universidad de Exeter y otros han sugerido recientemente que la vida, una vez más, tenía un papel adicional en este evento crucial de cambio global que permite nuestra propia evolución. Lenton y sus colegas argumentan que a medida que los eucariotas crecían y se hundían más rápido, el consumo de oxígeno en las aguas superficiales se habría reducido. Los primeros animales que se alimentan por filtración, como las esponjas, también podrían haber limpiado el agua y, por lo tanto, reducido la demanda de oxígeno. Investigaciones anteriores de Lenton y sus colegas habían demostrado que las esponjas solo consumían muy poco oxígeno. En una capa adicional de complejidad geoquímica, argumentan los investigadores, la penetración de oxígeno en el fondo marino habría reducido la liberación de fósforo del sedimento, lo que a su vez podría haber reducido la productividad primaria en los océanos y, por lo tanto, la demanda de oxígeno. En cuanto a la base sólida de nuestros continentes, ha habido sugerencias de que la fotosíntesis productora de oxígeno evolucionó mucho antes de lo que la mayoría de la gente piensa y que puede haber desempeñado un papel en convertir el basalto en granito, una reacción clave en el origen de los continentes. El movimiento de los continentes debido a la tectónica de placas en nuestro planeta es otra diferencia clave entre la Tierra y otros planetas rocosos en nuestro vecindario y un misterio a la espera de ser resuelto. El agua puede haber lubricado el movimiento de las placas, aunque en este caso es menos probable un papel para la vida. Sin embargo, es muy difícil encontrar evidencia concluyente de cualquier cosa que sucedió en los primeros días de nuestro planeta, aunque solo

sea porque la mayor parte de la corteza que estaba presente ha sido reciclada por el mismo proceso de tectónica de placas que estamos buscando. entender. Más atrás en el tiempo, el origen de la vida es otro misterio sin resolver, pero claramente dependía de los productos químicos que el contexto geológico proporcionaba. Tan pronto como la vida adquirió la capacidad de propagarse y multiplicarse, también tuvo el potencial de cambiar la química ambiental de la que había surgido. Un frágil Gaia La idea de que la vida forme su propio hábitat evoca la famosa hipótesis de Gaia de James Lovelock, del planeta Tierra viviente como un superorganismo que evoluciona para perpetuar la habitabilidad. Hoy podemos ser un poco menos optimistas que Lovelock cuando escribió su primer libro sobre Gaia, publicado en 1979. Sí, la vida ha cambiado nuestro planeta y lo ha convertido en un lugar más complejo, diverso y amigable para la vida, pero por otro lado no es extraño a los circuitos de retroalimentación positiva que conducen a extinciones masivas y que en principio podrían aniquilar toda la vida. Incluso después del final de toda la vida en la Tierra, e incluso si la superficie se hiciera más inhóspita y las formaciones geológicas parecidas a Marte persistirían por muchos millones de años como evidencia de que cualquier visitante extraño podría concluir que este planeta rocoso alguna vez fue formado por la vida . Copyright © 2015 Publicado por Elsevier Ltd. Todos los derechos reservados.