Cerca de la medianoche del 26 de marzo de 1961, aguas oscuras lamían el casco de una barcaza naval reconvertida que se balanceaba mareadamente en el Océano Pacífico. El barco acababa de llegar a este lugar, a unos 240 kilómetros de la península de Baja California, después de tres días de luchar contra mares tan agitados que la tripulación había atado el equipo a cubierta con pesadas cadenas, “como un elefante rebelde”, dijo el novelista John Steinbeck, quien estaba a bordo del barco, Más tarde escribió para Vida revista.

De vuelta en tierra, corrieron rumores sobre los objetivos de la tripulación. Algunos especularon que estaban buscando diamantes o tesoros hundidos. Otros sospechaban que estaban buscando un lugar para esconder un misil en el fondo del mar. Pero los objetivos del equipo eran incluso más elevados que los rumores más descabellados. El plan, ideado durante un desayuno con alcohol en la casa del geólogo Walter Munk en La Jolla, era perforar un agujero tan profundo que atravesaría la corteza terrestre y alcanzaría el manto del planeta, una capa rocosa caliente intercalada entre la corteza terrestre y su núcleo.

Ahora, más de 62 años después del esfuerzo conocido como Proyecto Mohole, los científicos todavía tienen que perforar con éxito una sección intacta de la corteza terrestre. Pero la primavera pasada, un equipo a bordo del buque de perforación de décadas de antigüedad, el Resolución JOIDES lograron lo mejor: recuperaron un tesoro de rocas del manto de un área del fondo marino del Atlántico donde la corteza es especialmente delgada. El sitio está en la cima de una montaña submarina conocida como Macizo Atlantis, donde los lentos cambios de las placas tectónicas han empujado bloques de rocas del manto más cerca de la superficie.

Si bien el manto constituye la mayor parte de nuestro planeta, sus rocas suelen estar enterradas a kilómetros de profundidad, lo que hace que sea difícil recuperar muestras frescas. Pero las rocas del manto, como las excavadas la primavera pasada, podrían ofrecer pistas sobre el funcionamiento profundo de la Tierra y ayudar a los investigadores a comprender mejor la coreografía tectónica que es fundamental para nuestro mundo.

Las rocas recién recolectadas también pueden contener pistas sobre otra característica definitoria de nuestro planeta: la vida.

Cuando el agua de mar se encuentra con la roca del manto, una serie de reacciones químicas genera un cóctel que puede crear los compuestos orgánicos necesarios para encender las primeras chispas de la vida. Los científicos ya han encontrado indicios de pequeñas moléculas orgánicas creadas sin ayuda microbiana en el sistema de respiraderos hidrotermales de la Ciudad Perdida, una metrópolis geológica en expansión en la cima del Macizo de la Atlántida. Algunos científicos han especulado durante mucho tiempo que tales entornos podrían haber incubado las primeras formas de vida de nuestro planeta. Ahora, el agujero recientemente perforado por el equipo, que perforó a más de un kilómetro por debajo del fondo marino, ha llegado a lo que parece ser el corazón palpitante de este sistema hidrotermal.

“Eso nos abre un mundo de posibilidades”, dijo susana lang, biogeoquímico del Instituto Oceanográfico Woods Hole que codirigió la expedición.

Ya hay indicios de que altas concentraciones de gas hidrógeno en las aguas del pozo podrían estar disponibles para impulsar la síntesis orgánica. Este laboratorio natural promete ayudar al equipo a desenredar el origen del guiso dador de vida que se filtra a través de las torres de la Ciudad Perdida, permitiéndoles estudiar la química orgánica de un mundo sin organismos: la química de la vida antes de que existiera la vida, o cuando la vida existía. extremadamente escaso. Los pocos microbios que sobreviven a las condiciones extremas del subsuelo también pueden ofrecer pistas sobre cómo se ganaron la vida los primeros seres, ayudando en última instancia a los científicos a descifrar los pasos fundamentales que convirtieron los compuestos químicos en criaturas.

Construyendo una ciudad perdida

Lang todavía recuerda el día, hace unas dos décadas, en que le ofrecieron un puesto en el barco que realizaba el primer estudio detallado de los respiraderos de la Ciudad Perdida. Lágrimas de emoción inundaron sus ojos. “Dije que sí sin consultar con nadie”, dijo Lang, que en ese momento era estudiante de posgrado en la Universidad de Washington.

Su fervor reflejaba la naturaleza revolucionaria de la Ciudad Perdida, cuyas relucientes y traslúcidas columnas de agua caliente fueron descubiertas por primera vez por los científicos a bordo del buque de investigación. Atlantis en 2000. En ese momento, todos los demás sistemas de respiraderos hidrotermales conocidos estaban oscuros, con chimeneas ennegrecidas por sulfuros volcánicos que bombeaban espesas y humeantes columnas de fluidos abrasadores hacia el océano. Pero las agujas de la Ciudad Perdida eran de un blanco fantasmal.

Como pronto aprendieron los científicos, el tono claro se debe a las reacciones entre el agua de mar y la roca escondida dentro del Macizo Atlantis. Un poco más alta que el Monte Rainier, esta montaña submarina está formada en gran parte por peridotita, un tipo de roca que domina el manto superior. La montaña se formó a partir de los tranquilos cambios de la cercana cordillera del Atlántico medio, donde las placas tectónicas de América del Norte y África se separan lentamente. Este movimiento despojó la corteza superior desde el pico ascendente, exponiendo franjas de su núcleo de peridotita.

La peridotita normalmente permanece bajo kilómetros de corteza. Es inestable tan cerca de la superficie de la Tierra, donde el agua de mar puede infiltrarse en las grietas de las rocas. Cuando eso sucede, un mineral llamado olivino que domina la peridotita reacciona fácilmente con las moléculas de agua, provocando una serie de pasos químicos llamados serpentinización. El proceso hace que el agua sea muy alcalina, por lo que cuando los fluidos de la grieta se mezclan con agua de mar fresca, los minerales pálidos se precipitan y construyen las impresionantes agujas de la Ciudad Perdida, que son tan altas como un Edificio de 20 pisos.

Pero otro subproducto de la serpentinización, el hidrógeno, ha atraído a Lang y a otros científicos al sitio durante décadas. En las condiciones adecuadas, el gas hidrógeno puede impulsar reacciones químicas simples, como convertir el dióxido de carbono y el agua en pequeños compuestos orgánicos, sin ayuda microbiana (o abióticamente). Las reacciones continuas podrían crear moléculas orgánicas más grandes y complejas, tal vez creando la mezcla justa de ingredientes (azúcares, grasas, aminoácidos) para cocinar las primeras formas de vida. Además, es posible que el hidrógeno y los pequeños compuestos orgánicos también hayan proporcionado alimento a los primeros habitantes de la Tierra. "El hidrógeno es como la clave de todo", dijo Lang.

Este gas probablemente era más común en la Tierra primitiva, cuando la composición mineral de la superficie difería de la actual, lo que hacía que las reacciones de serpentinización fueran más comunes.

En Atlantis Massif, Lang y sus colegas quieren saber qué compuestos orgánicos pueden formarse sin ayuda microbiana y qué microbios podrían sobrevivir en este inusual buffet subterráneo. Los resultados podrían ofrecer pistas sobre cómo se ganaban la vida las primeras formas de vida, así como sobre la química que precedió a esos microbios antiguos.

Pero hoy en día la vida abunda en la superficie de la Tierra, tanto por encima como por debajo del agua, lo que dificulta identificar compuestos que se produjeron sin la ayuda de la biología. Esto es especialmente cierto en Lost City. "Se pueden ver las biopelículas mocosas que crecen en todas esas chimeneas", dijo Guillermo Brazelton, microbiólogo de la Universidad de Utah y JOIDES miembro del equipo.

Por eso, los investigadores fijaron su mirada en los reinos debajo del fondo marino, donde los microbios son escasos y el oxígeno escaso, creando condiciones similares a las de la Tierra primitiva. Como dijo Brazelton: "Necesitamos, literalmente, ir más profundo".

Encontrar un laboratorio natural

En la década de 1960, el Proyecto Mohole marcó el inicio de los esfuerzos por sondear las profundidades inexploradas de nuestro planeta durante una época de “ciencia heroica”, dijo Damon Teagle, geoquímico de la Universidad de Southampton y veterano de muchas expediciones científicas de perforación oceánica.

El nombre era un juego de palabras con la discontinuidad de Mohorovičić, o Moho, que define el límite entre la corteza y el manto. Bajo los continentes, el Moho se puede encontrar a más de 30 kilómetros de profundidad; debajo del fondo marino, está más cerca de 7 kilómetros. Debido a esto, los equipos que apuntan al manto generalmente optan por perforar desde barcos.

El Proyecto Mohole ni siquiera se acercó a su objetivo, sólo aburrido 179 metros de sedimentos y apenas 4 metros de roca del fondo marino. Sin embargo, incluso ese esfuerzo reveló una gran cantidad de información sobre nuestro planeta, incluido el hecho de que bajo los sedimentos del fondo marino se escondían rocas volcánicas relativamente jóvenes, un hallazgo que más tarde serviría como prueba clave en el caso de la tectónica de placas. También produjo tecnologías que evolucionaron hasta convertirse en sistemas que los científicos aún utilizan, incluidas algunas a bordo del Resolución JOIDES esta pasada primavera.

Sin embargo, incluso hoy en día, la perforación en aguas profundas sigue siendo un desafío tremendo. Por un lado, la perforación a través de roca dura desgasta rápidamente las brocas, lo que obliga a realizar cambios regulares de brocas y a la necesidad de volver a entrar en el mismo pequeño pozo desde un barco flotando sobre cientos o miles de metros de agua, lo que es como dejar caer una aguja en un agujero de alfiler. Para empeorar las cosas, la expedición de la primavera pasada tuvo un comienzo desfavorable. Mientras el equipo perforaba su primer agujero piloto, su broca se atascó y, para evitar que el barco quedara anclado para siempre en Atlantis Massif, la tripulación cortó la conexión con una explosión de dinamita. Luego, parte del sistema que permitió que la perforadora volviera a entrar en un pozo varias veces se rompió en pedazos.

Con un poco de creatividad, finalmente llegaron a perforar en un sitio ahora conocido como U1601C, que se encuentra bajo casi 850 metros de agua. Y fue entonces cuando su suerte cambió.

En la mayoría de las expediciones de perforación del fondo marino, el progreso es lento y los núcleos rocosos se transportan a cubierta cada tres horas aproximadamente. Pero una vez que JOIDES El equipo se puso en marcha, subían núcleos nuevos a bordo casi cada hora. Los científicos que procesaban los núcleos apenas podían seguir el ritmo y, antes de que se dieran cuenta, la broca había golpeado rocas del manto.

Antes de esta expedición, lo más profundo que alguien había perforado rocas del manto alteradas fue diez metros. Pero el JOIDES El equipo cubrió esa distancia en solo unos días y finalmente atravesó diez metros de mayoritariamente peridotita. "Fue simplemente extraordinario", dijo Teagle, que no formó parte de la reciente empresa.

Para Lang, una de las mayores sorpresas estaba escondida en lo profundo del pozo. Después de extraer el último núcleo, la tripulación lavó el agujero vacío con agua limpia y dejó que los fluidos y gases naturales regresaran en más de 72 horas. Luego recogieron el agua del pozo a varias profundidades y la dividieron para más de una docena de pruebas químicas, incluido un análisis de gas hidrógeno.

Lang esperaba encontrar, a lo sumo, trazas de hidrógeno hasta el momento bajo tierra. Pero la muestra de agua más profunda contenía tanto gas que, al salir a la superficie, se formaron burbujas en el tubo, un fenómeno similar a lo que sucede cuando abres una lata de refresco nueva.

“Pensamos, santa mierda”, dijo Lang, recordando su propia reacción y la de Brazelton. "Hubo muchas palabrotas involucradas".

Las aguas están repletas de hidrógeno, el combustible necesario para impulsar reacciones abióticas.

Los componentes básicos de los componentes básicos

Más de seis meses después de la expedición, el equipo todavía está procesando su enorme cantidad de muestras: estudiando la química del agua, identificando microbios, caracterizando las rocas y más. "La gente va a hacer toda una sopa de letras de análisis elementales en estas rocas", dijo Andrés McCaig, geólogo de la Universidad de Leeds que codirigió la expedición.

Los modelos preliminares sugieren que las temperaturas cerca del fondo del pozo podrían incluso alcanzar los 122 grados Celsius, el límite actualmente conocido para la vida (aunque algunos estudios sugieren que el límite podría ser aún mayor). Lang advierte que los modelos requieren confirmación porque se basan en mediciones tomadas cuando las temperaturas del pozo fueron ligeramente suprimidas por las aguas frías que circulaban durante la perforación. Sin embargo, si se confirma que las condiciones son tan extremas, la profundidad permitiría a los científicos estudiar reacciones químicas que alimentan la vida sin la influencia confusa de los microbios.

Este sería un importante paso adelante para los científicos que estudian los orígenes acuáticos de la vida. “Hoy en la Tierra, es muy difícil presenciar la química abiótica o prebiótica porque la vida domina; la vida está en todas partes”, dijo barcaza laurie, astrobiólogo del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA que no formó parte de la expedición.

Los primeros análisis también sugieren que el pequeño formato de ácido orgánico está presente en el agua del pozo. El formiato es uno de los compuestos más simples que pueden formarse abióticamente, a partir de reacciones entre el dióxido de carbono y el hidrógeno, y puede marcar un paso inicial hacia los primeros destellos de vida en la Tierra primitiva.

"Es la materia prima para construir los componentes básicos", dijo Lang. Las reacciones abióticas continuas con el formiato podrían producir compuestos orgánicos más grandes, como aminoácidos, que pueden unirse en moléculas esenciales para la vida, como enzimas y otras proteínas.

Pero gran parte del panorama químico sigue siendo confuso en el Macizo Atlantis. El formiato en lo profundo del pozo puede haberse formado sin ayuda microbiana, como lo ha hecho en el subsuelo cercano, menos profundo, pero se necesitan más pruebas para estar seguro. El agua también contiene metano, un compuesto que algunos científicos creen que era vital para los metabolismos tempranos y que podría generarse abióticamente a partir de reacciones con hidrógeno. Pero cómo se forma el metano en Lost City es otro misterio: es "complicado y confuso", dijo Brazelton.

La identificación de reacciones abióticas en la naturaleza podría informar futuros experimentos de laboratorio que prueben la química prebiótica, donde los investigadores pueden modificar las condiciones para simular más de cerca la Tierra primitiva u otros mundos, explicó Barge. "La Ciudad Perdida es un lugar realmente especial", dijo.

A la caza de microbios

Incluso si el pozo profundo no está desprovisto de vida, la cantidad casi sin precedentes de núcleos rocosos recuperados ayudará a los científicos a vincular los cambios en la química del agua y los tipos de rocas con los pocos microbios que pueden ganarse la vida bajo tierra. Estudiar cómo sobreviven los microbios en medio de recursos escasos del subsuelo (tal vez comiendo hidrógeno y otros compuestos formados abióticamente) podría ayudar a afinar nuestra imagen de la vida temprana.

Brazelton, en particular, está a la caza de enzimas específicas que los microbios utilizan para convertir el hidrógeno y pequeños compuestos orgánicos en energía. "La idea aquí es que hay química en las rocas y, en algún momento, esa química se convierte en vida", dijo Brazelton. Esas enzimas podrían ser simplemente el botón que ayude a los investigadores a rebobinar el reloj evolutivo para descifrar cómo surgieron los primeros metabolismos.

Otros esfuerzos se centran en incubar muestras de la roca y tratar de capturar microbios profundos en acción, explicó. Feng Ping Wang, el geomicrobiólogo que dirige este trabajo en la Universidad Jiao Tong de Shanghai. Wang ha estado estudiando la vida en el subsuelo durante casi dos décadas, pero ella y otros investigadores de la biosfera profunda han buscado en gran medida microbios escondidos en los sedimentos oceánicos. "Sabemos muy poco sobre los microbios de las rocas", dijo. "Es una de las últimas preguntas en la biosfera profunda: ¿Qué hay en las rocas duras?"

En busca de respuestas, Wang pulverizó cientos de muestras de núcleos a bordo de la nave, colocando cada una en un tubo reactor de metal o en una botella de vidrio. Ella añadió a las muestras una variedad de alimentos: un menú de degustación microbiano adecuado para una diversidad desconocida de dietas. Y luego incubó las muestras a diferentes temperaturas para ver qué crecía.

En total, instaló cerca de 800 incubaciones y posó para una fotografía con ellas en el laboratorio de a bordo “para mostrar mi arduo trabajo”, dijo con una sonrisa. En la imagen, cada centímetro de la mesa frente a ella está lleno de botellas de vidrio, que son solo una fracción del total de sus muestras.

Los resultados preliminares de Wang revelan un exceso de metano en algunas muestras, pero aún no está claro si el gas proviene de microbios que eructan o de rocas que reaccionan.

Científicos de muchos campos esperan ansiosamente los hallazgos del equipo. "Definitivamente vamos a tener una visión mucho mejor de... qué procesos químicos reales están teniendo lugar", dijo Yoshinori Miyazaki, geofísico del Instituto de Tecnología de California.

Sin embargo, la emoción y el triunfo que rodean el último trabajo también están teñidos de tristeza. Esta expedición es una de las últimas del Resolución JOIDES, que se retirará a finales de 2024 después de cuatro décadas de investigación innovadora en aguas oceánicas de todo el mundo. Actualmente no existe ningún plan concreto para reemplazar el barco, lo que deja un gran vacío en la investigación oceánica para los científicos estadounidenses.

Durante su largo mandato, las expediciones a bordo del Resolución JOIDES han recuperado más de 350 kilómetros de núcleos del fondo marino. Escondidos dentro de este tesoro geológico se encuentran muchos secretos del pasado de nuestro planeta: cambios en el clima, la química de los océanos y quizás otras pistas sobre los orígenes de la vida. Pero aún hay más información encerrada en las rocas del fondo marino, esperando ser descubierta.