Los científicos llevan mucho tiempo intentando explicar una discrepancia clave en la historia temprana de la Tierra: la fotosíntesis productora de oxígeno evolucionó cientos de millones de años antes de que el oxígeno atmosférico comenzara a aumentar durante el Gran Evento de Oxidación. Este retraso se ha relacionado con la escasez de fósforo —un nutriente esencial para la vida—, pero los procesos específicos que controlaban la disponibilidad de fósforo en los océanos ricos en hierro de la Tierra Arcaica (hace aproximadamente entre 3200 y 2500 millones de años) seguían sin estar claros.
Por la Universidad de Hong Kong
Un estudio liderado por el Departamento de Ciencias de la Tierra y Planetarias de la Universidad de Hong Kong (HKU) ha identificado un proceso previamente ignorado que podría explicar esta prolongada demora. La investigación se realizó en colaboración con la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) y se ha publicado en Nature Communications .
El trabajo fue liderado por el profesor Guochun Zhao (Cátedra Mok Sau-King) de la Universidad de Hong Kong (HKU) como autor principal, junto con el profesor emérito Min Sun y el Dr. Xing Cui, investigador postdoctoral y primer autor del artículo. El profesor Jihua Hao de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) fue coautor principal.
Al combinar experimentos de laboratorio con simulaciones, el equipo reveló sistemáticamente, por primera vez, que en los océanos ferruginosos (ricos en Fe²⁺) de la Tierra primitiva, los minerales filosilicatos comunes —como la caolinita, la montmorillonita, la nontronita y la lizardita— podían atrapar eficazmente el fosfato disuelto en sus superficies. Este proceso se debía a un «efecto puente de Fe(II)», en el que los iones Fe²⁺ formaban enlaces químicos entre las superficies minerales y el fosfato. A medida que estas partículas minerales se depositaban y quedaban enterradas en los sedimentos, este mecanismo eliminaba el fósforo esencial del agua de mar, limitando su disponibilidad para sustentar la vida marina.
El fósforo y el enigma de la Tierra primitiva
El fósforo es un elemento esencial para la vida y un componente clave de las membranas celulares y los ácidos nucleicos. En muchos entornos marinos, su disponibilidad limitada restringe la productividad primaria, lo que hace que su ciclo y biodisponibilidad sean cruciales para comprender la coevolución de la biosfera y la geosfera. Si bien las interacciones entre los minerales y el fosfato disuelto desempeñan un papel vital en el ciclo actual del fósforo, aún no se comprende cómo operaban estas interacciones bajo la química atmosférica y oceánica tan diferente de la Tierra primitiva, particularmente durante el Arcaico.
En las condiciones de meteorización anóxicas y ácidas de la Tierra primitiva, la formación de óxidos de Fe(III) fue mínima, lo que limitó su función como «portadores de fósforo». Sin embargo, cada vez se presta más atención a los minerales arcillosos (un grupo de filosilicatos), que poseen una gran capacidad de adsorción de fósforo y podrían haber actuado como una alternativa principal para el secuestro de este elemento.
«Los entornos superficiales de la Tierra primitiva eran muy diferentes a los actuales, con océanos que contenían concentraciones más altas de Fe(II) disuelto y sílice, y casi nada de sulfato», explicó el primer autor del artículo, el Dr. Cui. Los altos niveles de sílice podrían haber competido con el fosfato por los sitios minerales en la superficie, mientras que la escasez de oxígeno y el bajo contenido de sulfato ayudaron a mantener el hierro en su forma de Fe(II).
«Comprender cómo estas condiciones químicas únicas del agua influyeron en la adsorción y el transporte de fósforo por los minerales arcillosos es una pieza clave del rompecabezas para entender las limitaciones ambientales en la evolución de las primeras formas de vida», dijo el Dr. Cui.
El equipo de investigación simuló la química del agua de los ríos y océanos del Arcaico e investigó sistemáticamente el comportamiento de adsorción del fosfato sobre minerales filosilicatos comunes. Los resultados mostraron que, incluso a concentraciones bajas a moderadas de Fe²⁺ (de 20 μM a 0,1 mM), la adsorción de fosfato sobre superficies filosilicatos se incrementó significativamente, con un efecto mucho más fuerte que el de otros cationes divalentes como Ca²⁺ y Mg²⁺. Si bien las altas concentraciones de sílice disuelta en los océanos primitivos inhibieron parcialmente la adsorción de fosfato, el efecto potenciador del Fe(II) siguió siendo dominante.
«Mediante simulaciones moleculares, hemos descubierto más sobre el mecanismo subyacente», afirmó el Dr. Cui. «El Fe(II) puede formar complejos puente estables entre la superficie del mineral y los iones fosfato, lo que aumenta sustancialmente la eficiencia de adsorción. Este «efecto puente del Fe(II)» probablemente estaba muy extendido en los primeros cuerpos de agua ricos en hierro».
Fósforo y coevolución vida-ambiente
Al integrar los resultados de los experimentos con modelos, el equipo reconstruyó una nueva imagen del ciclo del fósforo en la Tierra primitiva. Durante el Arcaico medio y tardío (hace aproximadamente 3200 a 2500 millones de años), a medida que emergían los continentes y se intensificaba la meteorización, los ríos transportaban grandes cantidades de minerales arcillosos detríticos terrígenos a los océanos. En los ríos ricos en hierro, estas arcillas podían adsorber fósforo mediante el efecto puente de Fe(II) y, tras su rápido enterramiento en los sedimentos costeros, actuaban como un sumidero eficiente que eliminaba el fósforo del agua de mar.
Al mismo tiempo, la continua erosión del fondo marino puede haber aportado nutrientes, pero los filosilicatos recién formados, como la lizardita y la nontronita, producidos durante la erosión del fondo marino de la corteza máfica/ultramáfica, también podrían adsorber eficazmente el fosfato disuelto con la ayuda de Fe(II), lo que provocaría su rápido enterramiento y el mantenimiento de bajos niveles de fósforo biodisponible en los océanos primitivos.
«Nuestras simulaciones de Monte Carlo estiman que, durante el Arcaico tardío, el flujo de enterramiento de fósforo facilitado únicamente por la adsorción de filosilicatos podría haber sido comparable al aporte total de fósforo reactivo por parte de los ríos en aquella época», señaló el profesor Hao, coautor del estudio. «Esto implica que la adsorción de filosilicatos fue un importante sumidero en el ciclo del fósforo de la Tierra primitiva, eliminando eficazmente el fósforo de la columna de agua oceánica».
Esta persistente limitación de fósforo puede haber retrasado un aumento significativo de la productividad primaria marina, lo que explica en parte por qué el Gran Evento de Oxidación (GEO) ocurrió cientos de millones de años después del surgimiento de la fotosíntesis oxigénica.
Este trabajo vincula íntimamente la química de la superficie mineral, la geoquímica acuática y los ciclos biogeoquímicos. «No solo profundiza nuestra comprensión de la coevolución ambiental y biológica de la Tierra primitiva, sino que también proporciona un marco análogo para investigar el ciclo de nutrientes y la posible habitabilidad de otros cuerpos planetarios, como el Marte primitivo», afirmó el profesor Zhao, autor principal del artículo. En ambientes acuáticos reductores y ricos en hierro, los minerales arcillosos suelen desempeñar un papel clave como «reguladores» de nutrientes.
Detalles de la publicación
Xing Cui et al., La adsorción de filosilicatos limitó la biodisponibilidad de fósforo en océanos ferruginosos primitivos, Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-69293-4
