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La vida contribuye a la formación de casi la mitad de los minerales terrestres

El modo en que la geología influye en la vida es fácil de apreciar: los organismos se adaptan a entornos tan distintos como los desiertos, las montañas, los bosques y los océanos. Sin embargo, los efectos de la vida en los procesos geológicos pueden pasar más desapercibidos.

Un exhaustivo estudio sobre los minerales terrestres corrige ahora esa omisión. Los autores del trabajo han hallado pruebas de que casi la mitad de la diversidad mineral de nuestro planeta responde a la acción directa o indirecta de los seres vivos y sus subproductos. El descubrimiento podría proporcionar una valiosa información tanto a los científicos que tratan de reconstruir la compleja historia geológica de la Tierra como a los que buscan indicios de vida extraterrestre.

En dos artículos publicados en American Mineralogist, Robert Hazen, Shaunna Morrison y sus colaboradores esbozan un nuevo sistema taxonómico para clasificar los minerales, que incide precisamente en su proceso de formación y no solo en su aspecto. De este modo, su sistema da cuenta de la interacción entre el desarrollo geológico de la Tierra y la evolución de la vida.

Su nueva clasificación, basada en un análisis algorítmico de miles de artículos científicos, reconoce más de 10.500 tipos de minerales. La cifra representa casi el doble de las cerca de 5800 especies minerales que recoge la clasificación tradicional de la Asociación Mineralógica Internacional (IMA, por sus siglas en inglés), centrada estrictamente en la estructura cristalina y la composición química.

«Es el sistema taxonómico que se ha empleado durante más de 200 años. Crecí con él, lo aprendí, lo estudié y lo interioricé», resume Hazen, mineralogista de la Institución Carnegie para la Ciencia. Hace tiempo que la obcecación del sistema clásico con la estructura mineral le parecía un tremendo defecto.

En 2008, Hazen comenzó a explorar las publicaciones acerca de todas las especies minerales conocidas, en busca de datos sobre sus procesos de formación. El proyecto «era un monstruo al que había que enfrentarse», describe Morrison, que empezó a trabajar con Hazen en la Institución Carnegie en 2013. Los datos no tardaron en volverse confusos, ya que resultó que muchas especies minerales se formaban a partir de una multitud de procesos.

Consideremos, por ejemplo, el caso de la pirita. «La pirita se forma de 21 maneras completamente distintas», señala Hazen. Algunos cristales surgen cuando los depósitos de hierro ricos en cloruro se calientan a gran profundidad durante millones de años. Otros se originan en sedimentos oceánicos fríos, como subproducto de las bacterias que descomponen la materia orgánica en el fondo marino. Y otros guardan relación con la actividad volcánica, la filtración de aguas subterráneas o las minas de carbón.

«Cada uno de esos tipos de pirita nos revela algo diferente acerca de nuestro planeta y su origen, así como sobre la vida y su evolución a lo largo del tiempo», afirma Hazen.

Por esa razón, los dos nuevos trabajos clasifican los minerales por «tipo», un término que Hazen y Morrison definen como una «combinación de la especie mineral y su mecanismo de origen» (pensemos en la pirita volcánica frente a la microbiana). Mediante un algoritmo de aprendizaje automático, los científicos examinaron los datos de miles de artículos científicos y reconocieron 10.556 tipos distintos de minerales.

Morrison y Hazen también identificaron 57 procesos que, de forma individual o combinada, han dado lugar a todos los minerales conocidos. Entre ellos figuran distintos tipos de meteorización, precipitación química, transformaciones metamórficas en el interior del manto, caídas de rayos, radiación, oxidación, enormes impactos durante la formación de la Tierra e incluso condensaciones en el espacio interestelar antes de que se constituyera nuestro planeta. Los autores confirmaron que el factor que más influye en la diversidad mineral de la Tierra es el agua, que a través de diversos procesos químicos y físicos contribuye a generar más del 80 por ciento de los minerales.

Pero también descubrieron que la vida desempeña un papel fundamental: un tercio de todos los tipos minerales se forman exclusivamente como partes o subproductos de seres vivos. Hablamos, por ejemplo, de fragmentos de huesos, dientes, corales y piedras renales (todos ellos con un elevado contenido mineral), además de heces, madera, tapetes microbianos y otros materiales orgánicos que, a lo largo del tiempo geológico, pueden absorber elementos de su entorno y transformarse en algo más parecido a una roca. Miles de minerales se originan a partir de otras actividades relacionadas con la vida, como los compuestos de germanio que resultan de la quema industrial de carbón. Si incluimos los minerales creados a partir de la interacción con subproductos de procesos vitales, como el oxígeno generado en la fotosíntesis, las huellas de la vida pueden hallarse en casi la mitad de todos los minerales.

Tradicionalmente, los científicos «han trazado una línea artificial entre la geoquímica y la bioquímica», lamenta Nita Sahai, especialista en biomineralización de la Universidad de Akron que no participó en el reciente estudio. En realidad, la frontera entre lo animal, lo vegetal y lo mineral es mucho más fluida. Por ejemplo, cerca del 2 por ciento del peso del cuerpo humano corresponde a minerales, en su mayoría contenidos en el armazón de fosfato de calcio que refuerza nuestros dientes y huesos.

Puede que la profunda interrelación entre lo mineralógico y lo biológico no sorprenda a los geólogos, opina Sahai, pero el nuevo sistema taxonómico de Morrison y Hazen «sistematiza bien ese vínculo y lo pone al alcance de una comunidad más amplia».

La nueva clasificación mineral será bien recibida por algunos científicos. («La antigua era un asco», opina Sarah Carmichael, mineralogista de la Universidad Estatal de los Apalaches.) Otros, como Carlos Gray Santana, filósofo de la ciencia de la Universidad de Utah, defienden el sistema de la IMA, aunque no contemple la naturaleza de la evolución mineral. «No supone un problema», considera, porque la clasificación de la IMA se desarrolló con fines aplicados, como la química, la minería y la ingeniería, y sigue funcionando muy bien en esos ámbitos. «Se adecúa a nuestras necesidades prácticas.»

Pero las necesidades de los científicos también están cambiando debido a algunas actividades como la exploración espacial. Una de las consecuencias de los hallazgos de Hazen y Morrison es que nuestro planeta, al albergar agua y vida, probablemente presente una diversidad mineral mucho más rica que otros cuerpos rocosos del sistema solar. «Hay muchos minerales que no podrían formarse en Marte», explica Hazen. «Allí no hay pingüinos que defequen sobre minerales de arcilla, ni murciélagos en cuevas, ni cactus que se descompongan, ni otras cosas similares.»

Aun así, Hazen y Morrison esperan que su clasificación pueda servir algún día para descifrar la historia geológica de otros planetas o lunas y para buscar en ellos indicios de vida, ya sea pasada o presente. Al examinar un cristal marciano, por ejemplo, los investigadores podrían utilizar el nuevo marco mineralógico para fijarse en características como el tamaño del grano y los defectos estructurales, a fin de determinar si su formación podría deberse a  un antiguo microbio, más que a un mar agonizante o un impacto meteorítico.

Hazen considera que el nuevo sistema podría incluso ayudar a detectar vida en planetas que orbitan en torno a estrellas lejanas. La luz de los exoplanetas detectados por el telescopio espacial James Webb y otros instrumentos punteros podría analizarse para determinar la composición química de sus atmósferas. A partir de datos como el contenido de oxígeno, la presencia o ausencia de vapor de agua y la concentración relativa de carbono, los investigadores podrían intentar predecir qué tipos de minerales se formarían a años luz de distancia.

Timothy Lyons, biogeoquímico que forma parte del equipo de astrobiología de la Universidad de California en Riverside, cree que eso sería llevar la metodología demasiado lejos, puesto que «no iremos a esos planetas a recoger minerales» para confirmar los resultados. Sin embargo, considera que la clasificación de Hazen y Morrison podría ser una importante fuente de conocimiento para estudiar los minerales hallados en la Luna y Marte.

«Desde un punto de vista mucho más amplio y a gran escala, no solo estamos comprendiendo nuestro planeta, sino también todo nuestro sistema solar y puede que otros sistemas», concluye Morrison. «Lo cual es realmente increíble.»

Joanna Thompson

Artículo traducido por Investigación y Ciencia con el permiso de QuantaMagazine.org, una publicación independiente promovida por la Fundación Simons para potenciar la comprensión pública de la ciencia.

Referencias: «On the paragenetic modes of minerals: A mineral evolution perspective». Robert M. Hazen y Shaunna M. Morrison en American Mineralogist, vol. 107, págs. 1262-1287, 1 de julio de 2022; «Lumping and splitting: Toward a classification of mineral natural kinds». Robert M. Hazen et al. en American Mineralogist, vol. 107, págs. 1288-1301, 1 de julio de 2022.

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