Desde los inicios de la Tierra, hace aproximadamente 4.600 millones de años, el hierro se erigió como un actor principal en el grandioso escenario de la evolución química que culminaría en la aparición de la vida. En aquellos tiempos, nuestro planeta era una esfera incandescente que, al enfriarse, se estratificó en capas concéntricas. El hierro, por su densidad, se hundió hacia el núcleo, formando su corazón metálico. Sin embargo, una porción considerable de este elemento quedó atrapada en la corteza terrestre, influyendo profundamente en la composición química de los océanos primitivos, el caldo de cultivo donde emergería la vida.
¿Qué hizo al hierro tan especial para los primeros seres vivos y cómo moldeó su evolución? Fuente: ChatGPT / Eugenio Fdz.
En sus múltiples estados químicos, el hierro se convirtió en un catalizador esencial para las reacciones bioquímicas que impulsaron a los primeros organismos. Su abundancia y su capacidad para facilitar procesos químicos vitales lo convirtieron en un elemento clave para la vida naciente. Pero, ¿qué hizo al hierro tan especial para los primeros seres vivos y cómo moldeó su evolución?
Este artículo se basa en las investigaciones presentadas en el estudio «Iron: Life’s Primeval Transition Metal», publicado por Jena E. Johnson, Theodore M. Present y Joan Selverstone Valentine en la prestigiosa revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
El hierro en los océanos primitivos
En los océanos primitivos, la intensa actividad volcánica y la desgasificación de la corteza terrestre inyectaron grandes cantidades de hierro. Estas aguas, carentes de oxígeno, estaban repletas de hierro ferroso (Fe²⁺), un ambiente propicio para la formación de minerales y estructuras metálicas que podrían haber sido esenciales para el surgimiento de la vida.
La versatilidad del hierro fue clave para su protagonismo. Su capacidad para cambiar entre diferentes estados de oxidación (Fe²⁺ y Fe³⁺) lo convirtió en un maestro de las reacciones de transferencia de electrones, fundamentales para el metabolismo de los primeros organismos. Esta habilidad para intercambiar electrones lo posicionó como un actor central en los procesos energéticos, como la fotosíntesis y la respiración celular en sus formas más primitivas, mucho antes de que el oxígeno se convirtiera en el gran director de la orquesta atmosférica.
En los océanos primitivos, la intensa actividad volcánica y la desgasificación de la corteza terrestre inyectaron grandes cantidades de hierro. Fuente: Mindjourney / Eugenio Fdz.
La química del hierro y la vida primitiva
Los primeros organismos, en su búsqueda de energía, se valieron de fuentes sencillas como la luz ultravioleta y las reacciones químicas de los minerales. En este contexto, el hierro soluble se convirtió en un aliado fundamental. Al reaccionar con elementos como el azufre, contribuyó a la formación de compuestos complejos indispensables para la vida. De hecho, se cree que el hierro fue un componente esencial de las primeras proteínas metálicas, las ferredoxinas, encargadas de mediar las reacciones redox en estos organismos primitivos.
La abundancia y solubilidad del hierro en los océanos anóxicos (sin oxígeno disuelto) lo convirtieron en un recurso accesible para las células primigenias. Estas habrían incorporado el hierro a sus primeras rutas metabólicas, aprovechando su versatilidad para diversas funciones bioquímicas.
La Gran Oxidación
Con el paso del tiempo, la atmósfera terrestre experimentó una transformación radical. Hace aproximadamente 2.400 millones de años, la Gran Oxidación (GOE) marcó un antes y un después en la composición de los océanos y la atmósfera. El aumento del oxígeno en el aire provocó que el hierro ferroso, abundante en los océanos, se oxidara a su forma férrica (Fe³⁺), mucho menos soluble en agua. Esta transformación redujo drásticamente la disponibilidad de hierro para los organismos, obligándolos a desarrollar nuevas estrategias para adquirir y utilizar este metal esencial. ¿Fueron acaso los primeros pasos de la evolución?
El hierro, antes disuelto en el agua, se precipitó en el fondo marino formando los característicos depósitos de hierro bandeado. Estas formaciones geológicas son un testimonio del pasado, revelando la abundancia de hierro en los océanos primitivos y marcando el inicio de una nueva etapa en la evolución biológica. Con el hierro menos accesible, los organismos tuvieron que adaptarse a un entorno cambiante, desarrollando mecanismos para hacer frente a esta nueva limitación.
Aunque nos parezca mentira, la oxidación del hierro fue la que dio origen a la vida. El mismo hierro que usamos en nuestros utensilios. Fuente: Mindjourney / Eugenio FDz.
La evolución de las proteínas metálicas
La evolución de la vida fue acompañada de una creciente sofisticación en el manejo de metales por parte de los organismos. Las proteínas que utilizaban hierro se volvieron más complejas y específicas en sus funciones. En la actualidad, muchas enzimas esenciales para la vida, como las oxidoreductasas, dependen de grupos hierro-azufre para llevar a cabo reacciones vitales, como la transferencia de electrones en la respiración celular y la fotosíntesis.
Estos grupos hierro-azufre, con su estructura tridimensional de átomos de hierro y azufre, son catalizadores extraordinariamente eficientes. Aunque otros metales como el cobre y el zinc han adquirido relevancia en la bioquímica, el hierro continúa siendo un elemento central para la vida. Su papel en las primeras formas de vida y su persistencia a lo largo de la evolución son un testimonio de su importancia en los procesos fundamentales de la biología.
El hierro y la búsqueda de vida en otros planetas
El papel fundamental del hierro en la Tierra primitiva tiene profundas implicaciones para la búsqueda de vida extraterrestre. Marte, por ejemplo, presenta evidencias de haber tenido grandes cantidades de hierro en su superficie y posiblemente océanos en su pasado. Los científicos especulan que, si alguna vez hubo vida en Marte, podría haber seguido un camino evolutivo similar al de la Tierra, con el hierro desempeñando un papel crucial en sus primeras reacciones bioquímicas.
Marte presenta evidencias de haber tenido grandes cantidades de hierro en su superficie y posiblemente océanos en su pasado. Fuente: Mindjourney / Eugenio Fdz.
Referencias
- Johnson, J. E., Present, T. M., & Valentine, J. S. (2024). Iron: Life’s primeval transition metal. Proceedings of the National Academy of Sciences, 121(34), 2318692121. https://doi.org/10.1073/pnas.2318692121
