La fotosíntesis es un proceso biológico fundamental que ha dado forma a la vida en la Tierra tal como la conocemos. Este proceso, realizado por plantas, algas y cianobacterias, es la base de las redes tróficas y responsable de la producción de oxígeno en la atmósfera que permite el desarrollo de formas de vida complejas. En el corazón de la fotosíntesis se encuentra la rubisco, la enzima más abundante del planeta y esencial para la fijación del dióxido de carbono durante el ciclo de Calvin, el núcleo mismo de la mal llamada ‘fase oscura’ de la fotosíntesis.
En el interior de las células fotosintéticas, los cloroplastos juegan un papel vital en este proceso. Estas estructuras, originadas a través de un evento endosimbiótico —los cloroplastos son, en esencia, cianobacterias que se asociaron con células eucariotas en algún momento del pasado—, contienen sistemas de membranas llamados tilacoides, que es donde se realiza la fotosíntesis. Los tilacoides son fundamentales para convertir la energía solar en energía química utilizable, iniciando así la cadena de eventos que nutre y sustenta la mayor parte de la vida en la Tierra.
Los tilacoides más antiguos conocidos
El estudio de los orígenes de la fotosíntesis oxigénica ha sido un campo fascinante y desafiante para los científicos. Los registros fósiles más antiguos que sugieren —pero no demuestran— la presencia de vida fotosintética se remontan a hace aproximadamente 3500 millones de años, con estructuras como los estromatolitos, formaciones rocosas creadas por la actividad de microorganismos que creemos fotosintéticos.
Estos hallazgos tempranos, aunque sugerentes, dejaron muchas preguntas sin respuesta sobre la evolución de la fotosíntesis. Los fósiles de estromatolitos y otros microfósiles similares han proporcionado pistas importantes, pero la identificación directa de estructuras celulares específicas responsables de la fotosíntesis oxigénica—aquella que produce oxígeno como subproducto— ha sido esquiva hasta fechas más recientes.
En este contexto, la doctora Catherine F. Demoulin y su equipo de investigadores de la Universidad de Lieja, Bélgica, han identificado lo que se considera la evidencia directa más antigua de la fotosíntesis oxigénica. Publicado en 2024 en la prestigiosa revista Nature, el estudio se centra en el análisis de microfósiles, conocidos como Navifusa majensis, hallados en formaciones geológicas en Australia y Canadá, que datan de entre 1780 y 1730 millones de años. El punto clave es que se trata de fósiles en cuyo interior se han identificado tilacoides.
El trabajo de Demoulin, además de ampliar nuestra comprensión del registro fósil de las cianobacterias,también redefine lo que sabíamos sobre la historia evolutiva de la fotosíntesis oxigénica. Los tilacoides hallados dentro de estos microfósiles indican un sistema fotosintético complejo, y su presencia y antigüedad sugiere que las cianobacterias ya poseían la capacidad de realizar fotosíntesis oxigénica mucho antes de lo que se había considerado. Son los tilacoides más antiguos de los que se tiene constancia.
Redefiniendo el origen de la fotosíntesis
La investigación de la Profesora Demoulin arroja luz sobre un periodo crítico en la historia de la Tierra y proporciona un marco más preciso sobre el origen de la fotosíntesis oxigénica. Antes de este descubrimiento, se asumía que los primeros organismos fotosintéticos, responsables de los estromatolitos, surgieron hace unos 3500 millones de años. Se creía que las cianobacterias capaces de realizar la fotosíntesis oxigénica jugaron un papel crucial en el inicio del Gran Evento de Oxigenación, hace aproximadamente 2350 millones de años. Sin embargo, el hallazgo de tilacoides funcionales en Navifusa majensis, datados en torno a 1750 millones de años, sugiere que la capacidad de producir oxígeno mediante la fotosíntesis pudo haber evolucionado antes de lo que se pensaba.
Este reajuste temporal también plantea nuevas preguntas sobre la evolución temprana de la vida en la Tierra. Sugiere que la capacidad de las cianobacterias para producir oxígeno a través de la fotosíntesis pudo haber evolucionado de forma independiente y anterior a los eventos que, finalmente, resultaron en la acumulación de oxígeno en la atmósfera y cambiaron drásticamente las condiciones ambientales del planeta, facilitando el desarrollo de la vida tal como la conocemos.
Además, el descubrimiento puede remodelar la forma de comprender la diversificación de la vida eucariota y la formación de nichos ecológicos asociados al oxígeno. Estos hallazgos ofrecen una nueva perspectiva sobre cómo la fotosíntesis oxigénica ha influenciado la evolución de la vida en nuestro planeta y cómo se han desarrollado interacciones ecológicas complejas a lo largo del tiempo.
Tilacoides identificados y datados con precisión
La precisión y el rigor científico son fundamentales en la paleobiología, y el estudio de Demoulin sobre los tilacoides de Navifusa majensis no es una excepción. La identificación de estas estructuras antiguas, indicativas de la fotosíntesis oxigénica, se llevó a cabo mediante un enfoque multidisciplinar que combina técnicas avanzadas de microscopía y análisis químico.
Uno de los métodos clave utilizados fue la microscopía electrónica de transmisión, que permite examinar la ultraestructura de los fósiles a nivel molecular. Esta técnica reveló membranas intracelulares con bordes nítidos y oscuros que parecían ser paralelas o localmente contorsionadas a la pared celular. Cada membrana consiste en una capa de densidad media rodeada por dos capas densas, una estructura compatible con la del tilacoide.
Otro aspecto crítico de la investigación fue la datación de los microfósiles. Utilizando la datación radiométrica, los científicos pudieron determinar con precisión la antigüedad de las rocas que contenían los fósiles de Navifusa majensis. Esta técnica, basada en la descomposición de isótopos radiactivos, es una de las más fiables para determinar la edad de formaciones geológicas y, por tanto, de los fósiles que contienen.
Finalmente, para correlacionar sus hallazgos con el contexto geológico y biológico más amplio, el equipo de Demoulin examinó las formaciones rocosas circundantes y las comparó con otros registros fósiles y geoquímicos. Este enfoque integral aseguró una comprensión más profunda de las condiciones ambientales y biológicas de la época en la que vivieron estas cianobacterias.
En conjunto, estos métodos y análisis no solo confirmaron la presencia de los tilacoides más antiguos conocidos, sino que también proporcionaron una ventana única a un período crucial en la evolución de la vida en la Tierra.
Referencias:
- Demoulin, C. F. et al. 2024. Oldest thylakoids in fossil cells directly evidence oxygenic photosynthesis. Nature, 1-6. DOI: 10.1038/s41586-023-06896-7
- Knoll, A. H. et al. 2007. CHAPTER 8 - The Geological Succession of Primary Producers in the Oceans. En P. G. Falkowski et al. (Eds.), Evolution of Primary Producers in the Sea (pp. 133-163). Academic Press. DOI: 10.1016/B978-012370518-1/50009-6
- William Schopf, J. 2011. The paleobiological record of photosynthesis. Photosynthesis Research, 107(1), 87-101. DOI: 10.1007/s11120-010-9577-1
