Las cianobacterias, tal como existen hoy en día, fueron los primeros organismos en realizar la fotosíntesis y liberar oxígeno. Producido en océanos primigenios hace unos 2500 millones de años, este oxígeno se acumuló en la atmósfera terrestre a una escala inmensa. Un equipo de investigación dirigido por el geomicrobiólogo y profesor Andreas Kappler, de la Universidad de Tubinga, ha utilizado experimentos de laboratorio para investigar cómo fue posible este proceso, dado que el hierro disuelto en el agua del océano inhibió fuertemente el crecimiento de las cianobacterias.
Los investigadores descubrieron que el silicato, también presente en el agua del océano, desempeñaba un papel fundamental, al igual que el ciclo diario de luz y oscuridad. El estudio se ha publicado en la revista Nature Communications .
El oxígeno era un residuo problemático para las cianobacterias. A medida que se acumulaba, la evolución respondía, y hasta hoy, el oxígeno es indispensable para la mayoría de las formas de vida conocidas. «Los océanos primitivos contenían mucho hierro disuelto , que reacciona con el oxígeno para formar radicales de oxígeno altamente reactivos. Estas especies reactivas de oxígeno, como se las denomina, son tóxicas para las bacterias», explica Kappler.
Hasta ahora, se asumía que los radicales de oxígeno inhibían fuertemente la liberación de oxígeno por parte de las cianobacterias y que el oxígeno libre solo entraba a la atmósfera varios millones de años después de su aparición. «Sin embargo, esta suposición también plantea la pregunta de cómo podrían sobrevivir las cianobacterias en tales condiciones», afirma la primera autora del estudio, Carolin Dreher, estudiante de doctorado del grupo Kappler.
El papel del silicato
Para comprender mejor las condiciones de vida de las cianobacterias en los océanos primigenios, el equipo de investigación estudió el crecimiento de la cianobacteria Synechococcus en el laboratorio con diferentes concentraciones de hierro y sílice disueltos. El sílice es silicio disuelto, presente también en grandes cantidades en las aguas de los océanos primigenios. «Lo sabemos gracias a los depósitos de hierro más grandes del mundo en la actualidad, las formaciones de hierro bandeado que se encuentran en varios continentes. Allí, ambos elementos, hierro y silicio, se depositaron alternativamente en capas», afirma Kappler.
En el experimento, las altas concentraciones de hierro aumentaron la formación de compuestos reactivos de oxígeno e inhibieron el crecimiento de microorganismos. «Sin embargo, cuando también se incluyeron en los experimentos cantidades de silicato realistas para los océanos de aquella época, la formación de estos compuestos tóxicos disminuyó significativamente», según Dreher.
En estas condiciones, las cianobacterias pudieron crecer y seguir produciendo oxígeno. «Las altas concentraciones de silicato aparentemente actuaron como un mecanismo químico de protección que redujo la formación de compuestos de oxígeno nocivos, lo que permitió el crecimiento de las cianobacterias a pesar de las altas concentraciones de hierro», explica.
Los efectos del cambio diurno entre luz y oscuridad
Además, los investigadores descubrieron que la alternancia de las fases del día y la noche también influyó significativamente en el enriquecimiento de oxígeno. «Investigaciones anteriores habían utilizado iluminación continua . Descubrimos que la formación de compuestos nocivos de oxígeno se redujo aún más en nuestros experimentos con un ciclo de luz diurna», informa Dreher. Los modelos computacionales de los investigadores , basados en los datos experimentales, mostraron que, en tales condiciones, podrían haberse formado zonas ricas en oxígeno en las áreas cercanas a la superficie de los océanos en ese momento.
«Nuestros hallazgos sugieren que las condiciones químicas de los océanos ricos en hierro de la Tierra primitiva fueron un obstáculo menor para la propagación de las cianobacterias de lo que se creía», afirma Kappler. «Esto podría haber sido decisivo para que estos microorganismos produjeran suficiente oxígeno a largo plazo como para provocar un cambio duradero en la composición de la atmósfera terrestre».
La profesora Karla Pollmann, presidenta de la Universidad de Tubinga, afirma: «Este estudio proporciona nuevos y fascinantes conocimientos sobre la evolución a largo plazo de la atmósfera terrestre y demuestra que deben tenerse en cuenta muchos factores».
Detalles de la publicación
Carolin L. Dreher et al., Supervivencia de cianobacterias y mitigación de los efectos de la toxicidad del Fe(II) en un océano arcaico rico en sílice, Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-69826-x
