Antes de ser el planeta azul, la Tierra estaba envuelta en océanos verdes donde nació la fotosíntesis tal como la conocemos. ¿Y si buscar vida en otros mundos también implicara buscar mares verdes?
Hace miles de millones de años, antes de que la atmósfera terrestre se oxigenara y los océanos reflejaran el azul del cielo, nuestro planeta era un mundo muy distinto. Uno cubierto por mares verdosos debido a la alta concentración de hierro disuelto en el agua. La fotosíntesis, el proceso por el cual las plantas y ciertos microorganismos convierten la luz solar en energía química, ya existía, pero operaba bajo condiciones completamente diferentes. Los responsables de este cambio evolutivo fueron las cianobacterias, organismos microscópicos que desarrollaron sistemas especializados para aprovechar al máximo la luz verde, predominante en aquellos océanos primitivos. Uno de estos sistemas, los ficobilisomas, continúa siendo una característica clave en muchas cianobacterias modernas.
Un planeta verde antes de volverse azul
Cuando los astronautas observan la Tierra desde el espacio, la llaman la “canica azul” (blue marble), por el inmenso azul de sus océanos. Pero este aspecto podría ser una adquisición reciente en la historia del planeta. Hace entre 2.500 y 4.000 millones de años, la Tierra no era azul, sino verde. Según un nuevo estudio liderado por Taro Matsuo en la Universidad de Nagoya y publicado en Nature Ecology & Evolution, los océanos de aquella época reflejaban un tono esmeralda, resultado de la alta presencia de hierro disuelto.
Este hierro, en su forma ferrosa (Fe²⁺), provenía de las chimeneas hidrotermales submarinas, que bombeaban este elemento en grandes cantidades. Sin oxígeno en la atmósfera ni ozono para bloquear la radiación ultravioleta, la luz solar penetraba de manera distinta en el océano. La interacción entre el hierro y la luz creaba un ambiente óptico que favorecía la propagación de la luz verde, lo que daba a los mares una apariencia verdosa.
Con la aparición de las cianobacterias, que comenzaron a liberar oxígeno mediante fotosíntesis, el hierro ferroso se oxidó a hierro férrico (Fe³⁺), una forma insoluble que formaba partículas parecidas al óxido. Estas partículas no se hundían rápidamente, sino que permanecían en suspensión, alterando aún más el filtrado de luz. El resultado era un entorno submarino dominado por la luz verde, que moldeó la evolución de los organismos vivos.
Cómo la luz verde influyó en la vida
Las cianobacterias, los primeros organismos en realizar fotosíntesis oxigénica, se enfrentaron al desafío de utilizar un tipo de luz que sus pigmentos habituales no podían absorber bien. El pigmento principal que usaban, la clorofila a, es excelente para absorber luz roja y azul, pero muy ineficiente bajo luz verde.
Para adaptarse, las cianobacterias desarrollaron unas estructuras llamadas ficobilisomas, verdaderas antenas compuestas por proteínas y pigmentos accesorios. Uno de estos pigmentos, la ficoeritrina, contiene una molécula llamada ficoeritrobilina (PEB, por sus siglas en inglés), que absorbe la luz verde de forma muy eficaz y transfiere esa energía a la clorofila a para permitir la fotosíntesis.
“El análisis genético reveló que las cianobacterias poseían una proteína especializada, la ficoeritrina, que absorbía eficientemente la luz verde”, explicó Matsuo. “Creemos que esta adaptación les permitió prosperar en los océanos ricos en hierro”.
Simulando un océano prehistórico
Para comprobar esta hipótesis, el equipo de Matsuo realizó simulaciones numéricas detalladas del entorno submarino de la era Arcaica, hace más de 3.000 millones de años. Estos modelos tomaban en cuenta la química oceánica, la forma en que la luz se difundía bajo el agua y la absorción de diferentes pigmentos.
Los resultados mostraron que, a profundidades de entre 5 y 20 metros, las partículas de hidróxido de hierro creaban una “ventana verde” de luz que se mantenía estable incluso con grandes variaciones en la concentración de partículas. En este entorno, el espectro de luz coincidía perfectamente con el rango de absorción del PEB, lo que otorgaba a las cianobacterias que lo usaban una gran ventaja evolutiva.
Además de los modelos computacionales, los científicos llevaron a cabo experimentos genéticos. Modificaron cepas de cianobacterias para que produjeran PEB y las expusieron a luz verde. Los resultados fueron reveladores: las cepas modificadas crecieron más rápidamente que las cepas normales. El PEB transfería energía con tal eficiencia que podía funcionar incluso sin su proteína habitual, uniéndose directamente a otra llamada ficocianina.
Un vistazo al pasado en Japón
Pero Matsuo no se quedó en el laboratorio. En 2023 viajó a la isla Iwo, en el archipiélago japonés de Satsunan, donde las condiciones naturales replican en parte las del océano primitivo. En sus aguas, los respiraderos hidrotermales liberan Fe²⁺, que se oxida y forma hidróxido de hierro, exactamente como sucedía hace miles de millones de años.
“Desde el barco, podíamos ver cómo las aguas tenían un brillo verdoso debido a los hidróxidos de hierro, tal y como me imaginaba que era la Tierra primitiva”, contó Matsuo. Las mediciones a 5,5 metros de profundidad confirmaron el dominio de la luz verde, y un análisis de fluorescencia mostró que las cianobacterias a esa profundidad tenían más PEB que las que vivían cerca de la superficie.
Ficobilisomas: herramientas que moldearon la evolución
Los ficobilisomas siguen siendo hoy en día una de las señas de identidad de las cianobacterias. Estas estructuras están compuestas por tres proteínas principales: ficoeritrina (PE), ficocianina (PC) y aloficocianina (APC). En los océanos arcaicos, la PE era la campeona de la absorción de luz verde.
Los análisis filogenéticos sugieren que incluso las cianobacterias más antiguas ya tenían el sistema completo PE–PC–APC. Con el tiempo, algunas especies perdieron la PE, especialmente aquellas que se adaptaron a entornos más iluminados o con luz de distinto espectro. Pero para los primeros habitantes de los océanos verdes, la PE era esencial.
También se descubrió que la transferencia de energía desde el PEB era mucho más eficiente que la que ofrecían otros pigmentos como los carotenoides (por ejemplo, el beta-caroteno). De hecho, el PEB podía transferir energía a distancias unas siete veces mayores, lo que permitía mantener la fotosíntesis incluso con poca luz.
¿Y si buscamos océanos verdes en otros planetas?
Las implicaciones de este descubrimiento van mucho más allá de nuestra historia geológica. Cambian también la manera en la que podríamos identificar vida en otros planetas. Hasta ahora, los astrónomos han buscado planetas “azules”, asumiendo que esa sería la señal de mares como los nuestros. Pero, como muestra este estudio, los océanos ricos en hidróxidos de hierro se ven más verdes y brillantes desde lejos.
“Los datos de teledetección muestran que aguas ricas en hidróxido de hierro, como las que rodean la isla Iwo, son notablemente más brillantes que los océanos azules comunes”, explicó Matsuo. “Esto nos lleva a pensar que los océanos verdes podrían ser más fáciles de detectar a distancia”.
En la búsqueda de vida extraterrestre, tal vez deberíamos ampliar nuestra paleta de colores. Un planeta con océanos verdosos podría estar lleno de vida microbiana, moldeada por una química similar a la de la Tierra primitiva.
De una canica verde a una azul: la evolución de la luz en la Tierra
Lo que este estudio nos enseña es que el tipo de luz que predomina en un planeta puede cambiar con el tiempo y alterar profundamente la evolución de la vida. Antes del Gran Evento de Oxidación (GOE), la luz verde dominaba en los océanos. Después, con el aumento de oxígeno y la reducción del hierro, el agua se volvió más clara y la luz blanca ganó protagonismo. Las plantas terrestres evolucionaron bajo esta nueva luz, y las cianobacterias perdieron parte de su necesidad de absorber verde.
Sin embargo, en ambientes submarinos más oscuros, la ficoeritrina siguió siendo útil. La evolución de los ficobilisomas es, en definitiva, un espejo de cómo la atmósfera y los océanos fueron cambiando, y cómo cada etapa de luz impulsó nuevas adaptaciones. Debido a su papel vital en el ciclo del carbono, la producción de oxígeno y las cadenas alimentarias marinas, los organismos marinos microscópicos del fitoplancton representan una gran parte de la productividad del océano. La clorofila que poseen tiñe de verde el agua cuando sus poblaciones están aumentando significativamente, provocando los dramáticos cambios de color que los satélites están presenciando en la actualidad.
Sin embargo, los científicos creen que podría no ser la única razón o la razón exacta de que los océanos pueden volver a ser verdes. Uno de los factores clave es el cambio climático. También se están produciendo cambios en los ecosistemas marinos, con aguas cada vez más cálidas, que conducen a este cambio de color. Aunque todavía no es un hecho, otras regiones están mostrando signos de que el océano o el agua están cambiando de color rápidamente.
Como confiesa el propio Matsuo: “Cuando empecé a considerar esta idea en 2021, era más escéptico que otra cosa. Pero ahora, tras años de investigación, las piezas del rompecabezas geológico y biológico han encajado, y mi escepticismo se ha transformado en convicción”.
Una convicción que pinta a la Tierra temprana como una esfera verde pálido, donde la luz esculpió la vida de formas inesperadas.
REFERENCIA
Archaean green-light environments drove the evolution of cyanobacteria’s light-harvesting system