Coevolución de Biosfera y Geosfera: La Vida Hace a la Tierra y sus Minerales
Hoy vamos a abordar un tema francamente interesante. Tenía la intención de tratarlo, tarde o temprano. Sin embargo, el boletín de noticias Sciencedaily sacó a la luz una noticia relacionada con el tema y he decido realizar un post inicial o mejor dicho iniciático. Pues si, el mundo abiótico de este planeta se ha fraguado en parte mediante la intervención de la vida. De este modo, la diversidad de minerales que atesora la Tierra es muy superior a la acaecería sin ella. Esto es lo que nos vienen a señalar los autores, aunque también algo más. Al margen de la noticia vuelve a saltar a la palestra la idea subyacente de una evolución hacia la complejidad de todos los sistemas abiertos fuera del equilibrio termodinámico, con independencia de ue sean abióticos, bióticos, sociales o tecnológicos. Esta que ya fue propuesta a principios del siglo XIX por Herbert Spencer, siendo conocida en parte del mundo académico como la Ley de Dollo. Como ya os comenté al hablar de posible vida inorgánica del cosmos, escribí un breve artículo de filosofía hace muchos años, en la que defendía tal tesis (como otros muchos): “Ibáñez, J. J. 1990. Hacia una teoría unificada de la evolución. Crítica, 776: 35-37”. Por tanto, en contra de lo que asevera la noticia no se trata de ninguna novedad.
Génesis de minerales y evolución del cosmos. Meteoritos
Lo que si parece ser primicia consiste en la sistematización con la que los autores abordan la cantidad de minerales generados por: (i) la evolución de la materia en el cosmos, (ii) el origen del sistema solar, (iii) la génesis del planeta Tierra, (iv) la aparición de una tectónica de placas y (v) finalmente la vida. La última ha aportado, según los autores, a 2/3 de los minerales que hoy podemos ver y desfrutar en este pequeño cuerpo celeste. Sin embargo, también podríamos añadir que si esto ha ocurrido incluso a nivel de minerales y rocas, con más razón lo ha hecho en la diversidad del modelado terrestre y de los suelos. Algún día hablaremos de ello. Hoy nos centraremos en las conclusiones de estos autores, para terminar con algunos detalles de nuestra propia cosecha.
Hazenita Mineral que lleva el nombre del autor
principal de la publicación. Fuente: Science.
De acuerdo a la noticia, el polvo interestelar tras el Big Bang no parecía albergar más que una docena de especies minerales primordiales distintas (definidas a partir de su composición química y estructura cristalina). Tiempo después, con la aparición de sistemas solares y otros cuerpos interestelares, la diversidad de minerales creció, conforme lo hacía la de otras estructuras del universo y su propia complejidad, siendo también incorporados al polvo interestelar, que dejó de ser “primigenio”. La génesis de los planetas inducida gracias a las fuerzas gravitaciones que condensaban los discos protoplanetarios, creo meteoritos de tipo condrítico que atesoran unas sesenta especies minerales más. Conforme se agregaban materiales del tipo de los meteoritos (proceso también denominado acreción de planatesimales) para dar lugar a los planetas, aparecieron unos 250 minerales adicionales en los planetas terrestres del sistema solar (ya presentes en los meteoritos). Sin embargo, muchos cientos más lo hicieron en aquellos del tipo terrestre que disfrutan o disfrutaron de vulcanismo y agua líquida. De acuerdo a la información que nos proporcionan estos autores las litosferas de Venus y Marte atesoran más o menos unas 500 especies minerales en su superficie, mucho menos que en la Tierra. ¿Cuál es la razón? Esta resulta ser la aparición en la Tierra de la denominada Tectónica de Placas (la fuerza que hace que los continentes cambien de posición y se cree continuamente nueva corteza oceánica). Esta, que surgió muy pocos cientos de millones de años después que la Tierra naciera (como también los océanos) generó nuevos ambientes físicos y químicos propios para la génesis de nuevos minerales. Vamos viendo como la diversificación de los minerales procedió conforme también se diversificaron los “crisoles” en donde se fraguan. Y así la Tectónica de Placas dio lugar a la aparición de mil minerales más, según nos informan los autores del trabajo.
Génesis de minerales y evolución del cosmos. Meteoritos
Sin embargo, el gran salto cualitativo lo genero la vida, directa o indirectamente, al dar lugar a 2/3 de los 4.300 especies de minerales que hoy atesora la superficie de la Tierra. Cabe mentar que la aparición de una atmósfera rica en oxígeno, producto de desecho metabólico de las primitivas algas fotosintéticas, ha sido una de las principales razones. Una gran cantidad de los minerales son compuestos oxidados.
Mineral kingdom has co-evolved with life
La aparición de la vida, y en especial los microorganismos y plantas, aceleraron la síntesis de minerales y la génesis de otros nuevos y en especial de arcillas (en suelos terrestres y sedimentos marinos). Así por ejemplo en el mar la acumulación de esqueletos y conchas han dado lugar a la calcita y con ella transformaron la litosfera, por cuanto, la roca caliza, que hoy ocupa enormes superficies, sería muy rara en ausencia de la biosfera. Los ópalos de fotolito que producen las gramíneas son otro ejemplo de mineral biogénico. Podemos decir pues que los minerales coevolucionaron con la vida como la propia litosfera, edafosfera, atmósfera, modelado terrestre, etc. El hecho de que el océano no sea tan ácido como pudiera se debe a la acción química de los organismos y productos derivados de ellos. De este modo, por ejemplo, los depósitos oxidados de hierro con los que elaboramos materiales como el acero, son productos indirectos de la vida sobre la Tierra, como se apunta en el blog Neofronteras. En consecuencia, como indica la noticia de Sciencedaily, los minerales exclusivamente biogénicos, de aparecer en otros planetas, serían indicadores de rastros de vida pasada (pudiéndose detectar por métodos espectroscópicos). Neofronteras muestra un ejemplo que no aparece en la nota de prensa principal:
La vida explora todo camino químico interesante y lo explota para obtener energía y sintetizar moléculas orgánicas. Un ejemplo recientemente descubierto es la hazenita (nombrado en honor de este investigador) que se forma sólo cuando hay fosfato producido por un microorganismo que vive en las aguas alcalinas del lago Mono en California.
Información más científica puede encontrase en este abstract “Mineral Evolution (evolución mineral)”, es decir el del trabajo publicado en American Mineralogist. También podéis visitar la ilustrada página Web de Robert M. Hazen, el primer autor de esta publicación. En el blog Neofronteras podéis leer otra versión en castellano del estudio que hoy nos ocupa. Finalmente, también se encuentra a vuestra disposición en inglés la página Web de la Carnegie Institution for Science (en la que se enlaza a un video con una entrevista a Hazen”) que atesora otra información relevante.
Podríamos poner numerosos ejemplos del surgimiento de tipos concretos de suelos asociados a inventos evolutivos. Por ejemplo, con las gramíneas (taxon perteneciente a las angiospermas) comenzaron a generarse los Mollisoles y más aun los de tipo Chernozems. Y es tan solo un caso aislado. ¿Qué decir de todos los suelos carbonatados? ¿Que diferente sería la edafosfera bajo una atmósfera carente de oxígeno. ¿O no? Vayamos pues con la noticia original de Sciencedaily.
Juan José Ibáñez
Mineral Kingdom Has Co-Evolved With Life
by Staff Writers
Evolution isn’t just for living organisms. Scientists at the Carnegie Institution have found that the mineral kingdom co-evolved with life, and that up to two thirds of the more than 4,000 known types of minerals on Earth can be directly or indirectly linked to biological activity. The finding, published in American Mineralogist, could aid scientists in the search for life on other planets.
Robert Hazen and Dominic Papineau of the Carnegie Institution’s Geophysical Laboratory, with six colleagues, reviewed the physical, chemical, and biological processes that gradually transformed about a dozen different primordial minerals in ancient interstellar dust grains to the thousands of mineral species on the present-day Earth. (Unlike biological species, each mineral species is defined by its characteristic chemical makeup and crystal structure.)
«It’s a different way of looking at minerals from more traditional approaches,» says Hazen.«Mineral evolution is obviously different from Darwinian evolution-minerals don’t mutate, reproduce or compete like living organisms. But we found both the variety and relative abundances of minerals have changed dramatically over more than 4.5 billion years of Earth’s history.»
All the chemical elements were present from the start in the Solar Systems’ primordial dust, but they formed comparatively few minerals. Only after large bodies such as the Sun and planets congealed did there exist the extremes of temperature and pressure required to forge a large diversity of mineral species. Many elements were also too dispersed in the original dust clouds to be able to solidify into mineral crystals.
As the Solar System took shape through «gravitational clumping» of small, undifferentiated bodies-fragments of which are found today in the form of meteorites-about 60 different minerals made their appearance. Larger, planet-sized bodies, especially those with volcanic activity and bearing significant amounts of water, could have given rise to several hundred new mineral species.
Mars and Venus, which Hazen and coworkers estimate to have at least 500 different mineral species in their surface rocks, appear to have reached this stage in their mineral evolution. However, only on Earth-at least in our Solar System-did mineral evolution progress to the next stages. A key factor was the churning of the planet’s interior by plate tectonics, the process that drives the slow shifting continents and ocean basins over geological time.
Unique to Earth, plate tectonics created new kinds of physical and chemical environments where minerals could form, and thereby boosted mineral diversity to more than a thousand types. What ultimately had the biggest impact on mineral evolution, however, was the origin of life, approximately 4 billion years ago. «Of the approximately 4,300 known mineral species on Earth, perhaps two thirds of them are biologically mediated,» says Hazen. «This is principally a consequence of our oxygen-rich atmosphere, which is a product of photosynthesis by microscopic algae.» Many important minerals are oxidized weathering products, including ores of iron, copper and many other metals.
Microorganisms and plants also accelerated the production of diverse clay minerals. In the oceans, the evolution of organisms with shells and mineralized skeletons generated thick layered deposits of minerals such as calcite, which would be rare on a lifeless planet.
«For at least 2.5 billion years, and possibly since the emergence of life, Earth’s mineralogy has evolved in parallel with biology,» says Hazen. «One implication of this finding is that remote observations of the mineralogy of other moons and planets may provide crucial evidence for biological influences beyond Earth.»
De hecho de lo que se está hablando en lo que se refiere a la Tierra es de Gaia. Gaia es precisamente la coevolución de la biota con su esfera de influencia (al menos la litosfera).
Algunos autores piensan que sin la presencia de la vida, no habría tectónica de placas desde hace quizás mil millones de años. Eso significa que indirectamente, parte de los minerales achacables a la tectónica serían también achacables a la vida.
En el universo se produce una diversidad en aumento de lo complejo. Es lógico que aumente pues la diversidad de los minerales. A veces, las formas más complejas permiten la diversidad de formas más simples. La diversidad de los minerales aumenta gracias a la vida. Pero la propia vida hace aumentar la diversidad de moléculas de forma extraordinaria y también su complejidad (por ejemplo las proteínas). No sé si existe para la mineralogía una idea de aumento de la complejidad, pero la teoría Gaia que defiendo permitiría predecir un aumento no solo de la diversidad de minerales por la presencia de la vida, sino un aumento de su complejidad.
Y a la vez, al igual que el darwinismo no es aplicable a la evolución de lo abiótico, y existe una evolución del universo no darwinista, las leyes que rigen esa evolución seguirán siendo aplicables a la evolución de lo biótico (como las leyes de la física se aplican a la química y las de ésta a la biología). Esto implica que el neodarwinismo no es una teoría completa (en mi opinión de hecho es secundaria incluso para explicar la evolución de la vida en este planeta).
Salud.
[…] en la actualidad. Ahora bien, también os hemos indicado en otros post de la siguiente guisa “Coevolución de Biosfera y Geosfera: La Vida Hace a la Tierra y sus Minerales”, y como es sobradamente conocido desde hace tiempo, gran parte de los recursos naturales que […]
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