Familiares para todo explorador del desierto, ciertas paredes oscuras y brillantes sobresalen de los acantilados, normalmente rojizos, de las mesetas y cañones del suroeste de Estados Unidos. Durante siglos, los nativos americanos grabaron dibujos en ellas. Sin embargo, el omnipresente barniz del desierto que recubre las soleadas paredes de arenisca de Utah y otros entornos desérticos del mundo ha sido durante mucho tiempo un enigma para los científicos. ¿Cómo se forma? ¿Por qué se forma? Ahora creen tener la respuesta: los artistas son bacterias fotosintéticas.

En su comentario en PNAS, «Iluminando los microbios fotosintéticos y el barniz de roca enriquecido con manganeso», Valeria C. Culotta y Asia S. Wildeman se alegran de que finalmente haya llegado una explicación completa.

El barniz es una capa metálica de varios cientos de micras de espesor, compuesta principalmente por óxidos negros de manganeso u óxidos de hierro anaranjados. Muchos petroglifos antiguos de los nativos americanos se crearon grabando sobre la capa de barniz negra o naranja, dejando al descubierto la roca más clara subyacente. El barniz ennegrecido, rico en manganeso, contiene óxidos de Mn3+ o Mn4+ en concentraciones dos o tres órdenes de magnitud superiores a los niveles de manganeso presentes en los suelos o rocas circundantes. Estos barnices se desarrollan muy lentamente con el tiempo, requiriendo miles de años de formación. En un artículo de Lingappa et al., se revelan los secretos de la génesis del barniz de roca gracias al descubrimiento de microbios que habitan en rocas desérticas y depositan huellas de manganeso como legado. [Énfasis añadido].

Resulta que el barniz del desierto es producto de generaciones de microbios que, como los estromatolitos, acumulan su trabajo sobre el de generaciones anteriores. El barniz aumenta de espesor con el tiempo. Pero no tarda mucho, ya que se puede encontrar barniz nuevo sobre grabados anteriores. Las bacterias utilizan manganeso doblemente ionizado (Mn₂) durante su vida. Tras morir, otras bacterias o procesos abióticos lo convierten en óxidos de Mn3+ o Mn4+. Esto explica las observaciones anteriores.

Acerca del manganeso

El manganeso (número atómico 25, peso molecular 55) es el duodécimo elemento más abundante en la Tierra y el quinto metal más abundante; aun así, representa solo el 0,1 % de la corteza terrestre. Es mucho menos abundante en el sistema solar en general (360 ppm en la Tierra, 0,2 ppm en otros lugares). Según el sitio web Química Web que documenta estos datos, el manganeso se identificó como un elemento independiente en 1774. Los romanos utilizaban dióxido de manganeso negro para fabricar vidrio incoloro, una función que aún se practica en la actualidad. Actualmente se utiliza principalmente en aleaciones y se utiliza en botellas de plástico y latas de aluminio, a las que les aporta rigidez. En la vida, es un oligoelemento esencial para la fotosíntesis. Todos los seres vivos, incluidos los humanos, necesitan ingerir manganeso:

El cuerpo humano necesita varias enzimas que contienen manganeso para metabolizar carbohidratos, colesterol y aminoácidos. Normalmente, nuestro cuerpo tiene entre 10 y 20 mg de manganeso. Es necesario reponerlo con frecuencia, ya que nuestro cuerpo no puede almacenarlo. Aproximadamente una cuarta parte del manganeso presente en nuestro cuerpo se encuentra en los huesos, mientras que el resto se distribuye uniformemente por los tejidos.

Michael Denton incluye una sección sobre el manganeso en su breve libro «The Miracle of the Cell [El milagro de la célula]», donde describe el papel crucial de este elemento en los cloroplastos para la oxidación del agua. El compuesto Mn₂Ca reside en el núcleo de una enzima que permite a las plantas liberar oxígeno a la atmósfera y utilizar los electrones sobrantes para la fabricación de biomoléculas. Sin este compuesto, la vida tal como la conocemos sería escasa o inexistente. El año pasado, Science & Culture Today analizó cómo los glaciares transportan el manganeso y otros metales traza a la superficie terrestre en forma utilizable, uno de los diversos procesos geológicos que garantizan la disponibilidad de elementos esenciales para los organismos vivos.

Microbios involucrados en el barniz del desierto

Al tener cinco electrones libres, el manganeso puede adoptar múltiples estados redox en diversos óxidos que, al igual que los óxidos de hierro, pueden ser coloridos. Los óxidos de manganeso en las paredes del desierto adquieren un brillante color púrpura oscuro. Los científicos habían descubierto microbios en el barniz, pero carecían de una explicación de cómo estos depositaban manganeso en la roca en concentraciones tan altas. Culotta y Wildeman explican el avance del equipo de Lingappa:

Lo que faltaba en estos análisis iniciales de los microbios del barniz era una explicación del origen del manganeso. Independientemente de su estado redox, ¿cómo llega el manganeso en tal abundancia? Lingappa et al. lograron un avance significativo mediante el análisis de las propiedades físicas, microbiológicas y bioinorgánicas de diversas muestras de barniz desértico. Un hallazgo principal fue el fuerte enriquecimiento de la familia Xenococcaceae de Cynanobacteria en todos los sitios de barniz desértico examinados. La evidencia demuestra que estas bacterias fotosintéticas no son simples pasajeros, sino impulsoras del barniz desértico, responsables de depositar manganeso en altas concentraciones en las zonas de barniz.

En resumen, ¡el barniz del desierto es un producto de las cianobacterias fotosintéticas! En esos áridos acantilados desérticos, las células vivas crecen y liberan oxígeno para respirar. Esto explica por qué este material es el preferido en las paredes soleadas. Además, las bacterias convierten el tan debatido dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero, en formas de carbono que las células vecinas pueden utilizar para su ciclo de Calvin, «promoviendo así el crecimiento microbiano en el entorno del desierto, por lo demás escaso en nutrientes». El asombroso resultado es un «ecosistema intrincado e invisible que durante miles de años creó estas hermosas rocas brillantes». Sin duda, los climatólogos también estarán encantados con el proceso natural de captura de carbono.

Defensa concentrada

¿Cómo concentran los microbios el manganeso a niveles cientos o miles de veces superiores a los del entorno circundante? Aparentemente, la respuesta está en el viento. El polvo transportado por el viento entrega este oligoelemento a las cianobacterias, que pueden importarlo y utilizarlo. Sorprendentemente, el Mn no está ligado a proteínas ni a otras macromoléculas, sino a pequeños compuestos orgánicos o inorgánicos.

Pero persistían las preguntas: ¿por qué estos microbios necesitan tanto manganeso? Las cianobacterias necesitan unos 100.000 átomos de Mn por célula para realizar la fotosíntesis, pero se descubrió que estas especies contienen 100 millones de átomos por célula. ¿Por qué? ¡Chroococcidiopsis, la especie más abundante en las paredes rocosas, utiliza los cúmulos de manganeso como protector solar!

Aunque todavía se desconoce la naturaleza del complejo(s) Mn2+, es probable que su actividad redox le otorgue a Chroococcidiopsis una resistencia extrema a los efectos dañinos de las ERO [especies reactivas de oxígeno] de la desecación excesiva, el calor y la radiación ionizante.

Una biogeosfera modulada por microbios

Qué descubrimiento tan extraordinario: lo que antes se consideraban células «primitivas» están creando vastos murales de arte viviente en las paredes de los acantilados de todo el mundo, no solo para exhibir, sino para la efusión de oxígeno y la captura de carbono, procesos que benefician a toda la biosfera. ¡Y lo hacen en algunos de los hábitats más secos, cálidos y expuestos de la Tierra!

El papel de los microbios en procesos geofísicos masivos es cada vez más evidente. Las bacterias se encuentran en las biocortezas, ayudando a los organismos superiores a establecerse en los desiertos arenosos. Están implicadas en la formación de espeleotemas cavernarios. Y ahora las vemos instalarse en los acantilados del desierto, creando murales ecológicos que exhiben su magia bioquímica. Las bacterias viajan por el mundo en vientos y nubes, llevando su experiencia a algunos de los rincones más inhóspitos del planeta. A diferencia del polvo abiótico que las transporta, todos los microbios operan con información codificada que dirige a las máquinas moleculares para que realicen un trabajo funcional y hermoso. En el artículo original en PNAS, Lingappa et al. afirman:

La comprensión de que el barniz es el residuo de la vida que utiliza manganeso para prosperar en el desierto ilustra que, incluso en entornos extremadamente duros, la huella de la vida es omnipresente en el paisaje.

Palimpsestos de arte rupestre

Existe una entusiasta subcultura de senderistas y aficionados al todoterreno del desierto —y también científicos— que, comprensiblemente, se deleitan encontrando arte rupestre en las paredes de los cañones. Es como una búsqueda del tesoro. A veces se esfuerzan mucho para encontrar estos mensajes silenciosos dejados por antiguas sociedades humanas que tallaron figuras de sí mismos, sus animales y deidades en el barniz del desierto, hasta la arenisca subyacente. La obra de arte revela algo más allá de la naturaleza: algo sobre las mentes de agentes inteligentes que se tomaron el tiempo de dejar su huella para la posteridad. Si los aficionados supieran que la obra de arte en el material desprendido era aún más fascinante, ¿cuál sería su reacción? ¿Sería como despegar papel de raspar con figuras de palitos para descubrir una obra maestra debajo?

Las herramientas de la ciencia nos permiten despegar la superficie de entornos comunes para revelar palimpsestos de diseño que siempre estuvieron ahí, pero nunca antes vistos. Algunos de ellos son verdaderos adornos de pared.

Artículo publicado originalmente en inglés por Science & Culture Today

Crédito de la imagen destacada: David Coppedge.