La biosfera de hidrógeno, metano y amoníaco en la Tierra primitiva

Por qué importa esta historia de la Tierra antigua

Cuando imaginamos los primeros días de la Tierra, a menudo visualizamos un cielo asfixiante de dióxido de carbono y un océano sin vida esperando el surgimiento de la biología. Este artículo da la vuelta a esa imagen familiar. A partir de pruebas geológicas y modelización química, los autores sostienen que la primera atmósfera habitable de nuestro planeta se parecía menos a la Tierra moderna y más a una versión suave de Júpiter: rica en hidrógeno, metano y amoníaco, con casi nada de dióxido de carbono. En ese ambiente alienígena, proponen que la vida primitiva e incluso la maquinaria de la fotosíntesis tomaron forma en aguas poco profundas iluminadas por el sol, en pequeñas islas.

Una nueva mirada al primer aire de la Tierra

Los modelos convencionales asumen que los gases volcánicos tempranos crearon una atmósfera dominada por dióxido de carbono (CO2) y nitrógeno (N2). Ohmoto y Ferry reevalúan en cambio cómo se comportarían los gases al enfriarse el océano de magma del joven planeta y al circular el agua de mar por la corteza oceánica. Muestran que, dado un estado de oxígeno muy bajo en el manto primitivo y la presencia de minerales como grafito y sulfuro de hierro, los gases volcánicos tenderían a formas reducidas: hidrógeno (H2), metano (CH4) y amoníaco (NH3). Las fuentes hidrotermales submarinas, y no los volcanes en superficie, probablemente realizaron la mayor parte del desgasificado porque la superficie de la Tierra estaba casi totalmente cubierta por océanos profundos. Sus cálculos sugieren que hacia aproximadamente 4,5–4,0 mil millones de años atrás, la atmósfera sobre esos océanos era fuertemente reductora y químicamente similar, en términos generales, a las envolturas gaseosas de tipo joviano actuales.

Mares extraños y un suave escudo químico

Los océanos bajo ese cielo también eran muy distintos a los que conocemos hoy. Con prácticamente nada de dióxido de carbono disuelto, el agua no sería levemente ácida, sino muy alcalina, con un pH cercano a 10. Contrariamente a muchas ideas anteriores, los autores encuentran que estos mares eran pobres en hierro y sulfuro disueltos, porque esos elementos estaban retenidos en minerales sólidos formados durante reacciones entre el agua de mar y rocas ultramáficas de la corteza. En una atmósfera de hidrógeno–metano–amoníaco fuertemente expuesta a la luz ultravioleta de un Sol más joven y activo, el metano y el amoníaco se habrían descompuesto y reorganizado en una neblina orgánica compleja y películas aceitosas de “proto-petróleo”. Esta neblina, similar a la capa empañada que rodea la luna Titán de Saturno, podría haber actuado tanto como manta de efecto invernadero para mantener el planeta cálido como pantalla solar para proteger moléculas y microbios frágiles de la radiación UV dañina.

Islas de luz como cunas de la vida

En islas oceánicas dispersas formadas por rocas ultramáficas, los autores imaginan las auténticas cunas de la vida: lagunas someras revestidas de granos de minerales naturalmente fotosensibles como óxidos de titanio, sulfuro de hierro y serpentina. Bajo intensa luz ultravioleta y en agua alcalina, estos minerales actúan como fotocatalizadores, ayudando a que la luz solar divida el agua en hidrógeno y oxígeno en sus superficies. Como el hidrógeno escapa al espacio con mayor facilidad que el oxígeno, se formarían finas pieles “microaeróbicas”: zonas con un ligero exceso de oxígeno justo por encima de los granos minerales. En estas capas de escala milimétrica, el metano y el amoníaco atmosféricos, disueltos en el agua, podrían haberse transformado en una rica variedad de moléculas orgánicas, incluidos carbohidratos simples y aminoácidos, sin necesitar un cielo dominado por CO2.

Repensando las primeras comunidades vivas

Con este entorno, los autores sostienen que los microbios más antiguos no fueron los clásicos anaerobios que se alimentan de hidrógeno o azufre en respiraderos oscuros, sino fotótrofos que consumían metano y vivían a la luz. Se centran en los metanótrofos: organismos que usan el metano tanto como combustible como materia prima. Parientes modernos incluyen bacterias que portan partes de la misma maquinaria captadora de luz que las plantas y las cianobacterias. Ohmoto y Ferry proponen que metanótrofos ancestrales en estas lagunas someras usaron sistemas impulsados por la luz parecidos al Fotosistema II actual para dividir el agua, generar pequeñas cantidades de oxígeno y usar inmediatamente ese oxígeno para oxidar metano. Paralelamente, otros microbios pudieron haber desarrollado sistemas captadores de luz similares al Fotosistema I, lo que les permitió utilizar hidrógeno y dióxido de carbono. Juntas, estas comunidades podrían haber formado tapetes estratificados sobre superficies minerales, ciclando metano, hidrógeno y el dióxido de carbono recién formado en simbiosis estrechas.

Del mundo del metano a la Tierra moderna

Con el tiempo, la acción combinada de minerales fotocatalíticos y microbios primitivos habría convertido lentamente la atmósfera de hidrógeno–metano–amoníaco en otra más rica en dióxido de carbono y nitrógeno, mientras se filtraba oxígeno hacia los océanos y, finalmente, hacia la atmósfera. Sin embargo, este cambio gradual también requirió la intervención de procesos de la Tierra sólida. A medida que avanzaba la tectónica de placas, el volumen oceánico disminuyó, más tierra emergió sobre el nivel del mar y la corteza oceánica oxidada fue arrastrada al manto. Estos cambios empujaron los gases volcánicos hacia composiciones más oxidadas, reforzando la transición a un mundo de CO2–N2–O2 hacia aproximadamente 3,9 mil millones de años atrás. Indicios geológicos —como ciertas rocas ricas en hierro, patrones isotópicos de azufre inusuales y pruebas de meteorización oxidativa precoz— son coherentes con un ambiente superficial influido por oxígeno mucho antes de lo que se pensaba tradicionalmente. En esta visión, la famosa imagen de Oparin–Urey–Miller de una atmósfera reductora recupera el centro de la escena, pero con los actores reorganizados: la vida temprana prospera no bajo un cielo de CO2, sino en lagunas insulares bajo una neblina de metano y amoníaco, preparando el escenario para la biosfera moderna y orientando dónde podríamos buscar mejor vida en planetas más allá del nuestro.

Cita: Ohmoto, H., Ferry, J.G. The hydrogen, methane and ammonia biosphere on early Earth. Sci Rep 16, 14017 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43917-7

Palabras clave: atmósfera de la Tierra primitiva, biosfera del metano, origen de la vida, minerales fotocatalíticos, microbios metanotróficos