Durante mucho tiempo imaginamos la Tierra como un planeta cubierto por una delgada película de vida.

Los bosques ocupaban los continentes. Los océanos albergaban peces, algas y microorganismos. Los animales caminaban sobre la superficie y las plantas capturaban la energía del Sol. Debajo de todo aquello estaba la roca: aparentemente inmóvil, estéril y separada del mundo vivo.

Pero esa imagen era incompleta.

A medida que los científicos comenzaron a perforar más profundamente, a estudiar las aguas atrapadas entre las rocas y a observar muestras con técnicas capaces de detectar cantidades diminutas de biomasa, apareció un mundo diferente. Kilómetros bajo la superficie existen comunidades microbianas que viven en fracturas, poros, sedimentos y acuíferos donde la luz solar nunca llega.

No se trata de una única ciudad subterránea ni de un océano de microorganismos extendido de manera uniforme bajo nuestros pies. Es algo mucho más extraño: una enorme colección de ecosistemas dispersos, moldeados por la geología, el agua, la temperatura y la química de las rocas.

Algunos obtienen energía de sustancias producidas por las propias interacciones entre el agua y los minerales. Otros producen metano. Algunos pueden vivir con cantidades extraordinariamente pequeñas de energía y mantener tasas metabólicas tan lentas que sus ciclos de crecimiento pueden extenderse durante cientos o incluso miles de años.

La biosfera profunda no solamente cambió nuestra idea de dónde puede existir la vida.

También cambió nuestra manera de imaginar qué necesita realmente la vida para continuar existiendo.

La Tierra que vemos es solamente una pequeña parte del mundo habitado

Cuando pensamos en la biosfera, casi siempre pensamos hacia arriba.

Miramos una selva y vemos árboles, insectos, aves, hongos y microorganismos. Miramos un océano y vemos una columna de agua llena de organismos. Incluso en un desierto podemos encontrar una sorprendente cantidad de vida adaptada a la sequedad.

Pero si pudiéramos retirar la superficie de la Tierra como si levantáramos una tapa, descubriríamos que debajo comienza otro dominio biológico.

La vida penetra en los sedimentos del fondo marino, en los poros de las rocas, en los acuíferos, en las fracturas de la corteza continental y oceánica y en ambientes asociados con sistemas hidrotermales.

No existe una frontera simple entre el mundo geológico y el mundo biológico.

La roca puede contener agua.

El agua puede transportar moléculas.

Las reacciones entre agua y minerales pueden liberar energía.

Y donde existe agua, energía y una química compatible, algunos microorganismos pueden encontrar una oportunidad.

La llamada biosfera profunda es precisamente ese conjunto de ambientes subsuperficiales habitados por organismos, en su inmensa mayoría microorganismos, cuya existencia está condicionada por las propiedades físicas y químicas de las rocas y los fluidos que las atraviesan. La evidencia acumulada durante décadas demuestra que estos ecosistemas están ampliamente distribuidos tanto bajo los continentes como bajo los fondos oceánicos.

La superficie no es el límite de la vida.

Es solamente su frontera más visible.

Debajo de la superficie comienza otro planeta

Una de las cosas más importantes que debemos entender es que la biosfera profunda no es un ecosistema gigantesco y homogéneo.

No existe una enorme capa uniforme de bacterias debajo de todos los continentes.

La vida está distribuida de manera extremadamente desigual.

Una fractura llena de agua puede convertirse en un hábitat. Unos metros más allá, una roca prácticamente impermeable puede ofrecer muy poco espacio disponible. Una formación mineral puede proporcionar hidrógeno y otros compuestos aprovechables por microorganismos, mientras otra formación carece de las condiciones químicas necesarias.

La temperatura también cambia.

La presión aumenta.

El agua puede moverse lentamente o permanecer aislada durante períodos extraordinariamente largos.

Y la disponibilidad de energía puede caer hasta niveles que, desde nuestra perspectiva, parecen incompatibles con la vida.

Por eso hablar de la biosfera profunda significa hablar de miles de ambientes diferentes, unidos por una característica fundamental: están fuera del dominio inmediato de la luz solar.

Algunos se encuentran apenas unos metros bajo la superficie. Otros están kilómetros más abajo.

En los fondos oceánicos, además, la biosfera se prolonga dentro de los sedimentos y de la corteza oceánica, donde existen redes de poros y fracturas atravesadas por fluidos. Allí las condiciones pueden cambiar radicalmente en distancias muy pequeñas.

La profundidad, por tanto, no determina por sí sola si existe vida.

Determina qué clase de vida puede existir.

La vida llegó mucho más profundo de lo que imaginábamos

El descubrimiento de la biosfera profunda no ocurrió de una sola vez.

Fue apareciendo poco a poco.

Primero llegaron las muestras procedentes de minas profundas y acuíferos. Después las perforaciones científicas penetraron cada vez más en la corteza. Los sedimentos extraídos de los fondos oceánicos revelaron comunidades microbianas que podían vivir lejos de la superficie.

Al mismo tiempo, la microbiología comenzó a cambiar.

Las técnicas de cultivo dejaron de ser la única forma de buscar microorganismos. La microscopía mejoró. La secuenciación genética permitió detectar organismos que nunca habían sido cultivados en laboratorio. Los análisis geoquímicos hicieron posible relacionar las comunidades microbianas con las reacciones que ocurrían a su alrededor.

La combinación de estas herramientas reveló algo extraordinario.

Muchos de los microorganismos del subsuelo no se parecían demasiado a los organismos que conocemos de la superficie.

Una gran parte de la diversidad profunda permanece sin cultivar y muchas de sus funciones metabólicas se reconstruyen mediante análisis genómicos y geoquímicos.

El subsuelo dejó de ser un lugar vacío.

Se convirtió en uno de los grandes territorios desconocidos de la microbiología.

Un ecosistema que no necesita luz solar

Aquí aparece una de las diferencias fundamentales entre la vida superficial y la profunda.

La mayor parte de los ecosistemas que vemos dependen, directa o indirectamente, de la energía solar.

Las plantas capturan luz.

Las algas capturan luz.

Las cianobacterias capturan luz.

Después, animales, hongos y microorganismos aprovechan la materia orgánica producida por esos organismos.

En la biosfera profunda, esa puerta puede estar completamente cerrada.

No hay amanecer.

No hay fotosíntesis.

No hay hojas buscando luz.

Y, sin embargo, existe metabolismo.

La energía puede proceder de reacciones químicas entre minerales, agua y gases. El hidrógeno puede convertirse en una fuente energética importante. La radiación natural puede dividir moléculas de agua y producir compuestos que después son aprovechados por microorganismos. Las reacciones de alteración de minerales también pueden crear desequilibrios químicos capaces de alimentar metabolismos.

En determinados ambientes, procesos como la serpentinización —la reacción del agua con minerales ricos en hierro y magnesio— pueden producir hidrógeno y otros compuestos que alimentan comunidades quimiolitotróficas. La radiólisis del agua, impulsada por la desintegración natural de elementos radiactivos, también puede generar hidrógeno en determinadas formaciones rocosas.

Es una forma de vida que no necesita preguntarse dónde está el Sol.

Su fuente de energía está en las rocas.

El alimento de estas criaturas puede estar dentro de las rocas

La palabra «alimento» puede resultar engañosa cuando hablamos de estos ecosistemas.

Un microorganismo profundo no necesita necesariamente encontrar una planta, cazar a otro organismo o consumir materia orgánica reciente.

Puede aprovechar una diferencia química.

En términos muy simplificados, algunos microorganismos toman electrones de una sustancia y los transfieren a otra. Esa diferencia energética puede ser suficiente para mantener un metabolismo.

El hidrógeno es especialmente importante.

También lo son compuestos de azufre, hierro, carbono y otros elementos.

En determinados ambientes, los microorganismos pueden obtener energía de reacciones que para nosotros parecen puramente geológicas.

Y aquí desaparece una frontera que durante mucho tiempo parecía evidente.

La geología crea condiciones para la vida.

La vida transforma esas condiciones.

La química del agua modifica los minerales.

Los minerales modifican la química disponible para los microorganismos.

Los microorganismos cambian nuevamente el ambiente.

La biosfera profunda es, en ese sentido, un sistema de retroalimentación entre roca, agua y vida.

La vida que convierte el hidrógeno en metano

Entre los habitantes más fascinantes del subsuelo están los metanógenos, arqueas capaces de producir metano como parte de su metabolismo.

Algunos pueden utilizar hidrógeno y dióxido de carbono para obtener energía y generar metano.

Puede parecer una reacción sencilla, pero representa algo mucho más profundo.

El carbono que participa en estos procesos puede pasar de una forma química a otra sin necesidad de que intervengan plantas, animales o luz solar.

En algunos sistemas de roca profunda, el hidrógeno puede proceder de interacciones entre agua y minerales o de procesos de radiólisis. El dióxido de carbono puede tener diferentes orígenes y formar parte de los fluidos que circulan por las fracturas.

Así, una comunidad microbiana puede mantenerse activa en un ambiente donde prácticamente no existe materia orgánica procedente de la superficie.

La biosfera profunda no está desconectada de la química del planeta.

Es parte de ella.

El agua que puede viajar al ritmo de la geología

El agua subterránea tampoco se comporta siempre como imaginamos.

Cuando pensamos en agua, pensamos en ríos, lluvias, evaporación, nubes y océanos.

Pero una parte del agua terrestre circula por sistemas mucho más lentos.

Puede infiltrarse a través de fracturas, quedar aislada en formaciones geológicas, reaccionar con minerales y desplazarse lentamente durante períodos enormes.

En algunos ambientes, el agua puede permanecer aislada durante decenas de miles o incluso millones de años.

Eso crea una dimensión temporal completamente diferente.

Para nosotros, un acuífero parece inmóvil.

Para la Tierra, puede estar participando en un ciclo que comenzó mucho antes de que existieran nuestras sociedades.

El agua transporta nutrientes, gases y productos de las reacciones minerales. Allí donde circula, también puede transportar vida.

Y donde queda atrapada durante mucho tiempo, puede convertirse en una cápsula química de la historia geológica del subsuelo.

Una vida que vive en cámara lenta

Quizá ninguna característica de la biosfera profunda sea más desconcertante que su relación con el tiempo.

Nosotros vivimos rodeados de ritmos rápidos.

El día y la noche.

Las estaciones.

Los años.

Incluso nuestras generaciones parecen largas desde la perspectiva humana, pero son diminutas desde la perspectiva geológica.

En algunos ambientes subsuperficiales, la disponibilidad de energía es tan baja que los microorganismos pueden crecer a velocidades extraordinariamente lentas.

En las zonas más pobres del subsuelo marino se han estimado tiempos de generación que pueden alcanzar miles de años.

Eso no significa necesariamente que una célula individual esté reproduciéndose durante miles de años.

Significa que, bajo determinadas condiciones, la población puede renovarse a una velocidad que resulta casi inconcebiblemente lenta para nosotros.

La vida sigue funcionando.

Pero funciona con una economía energética extrema.

Es como si la biosfera hubiera aprendido a vivir sin desperdiciar prácticamente nada.

Cuando sobrevivir significa gastar casi nada

La vida superficial suele parecer una celebración de la abundancia.

Una selva produce hojas continuamente. Un arrecife está lleno de organismos. Una colonia bacteriana puede multiplicarse con rapidez cuando encuentra nutrientes.

En las profundidades puede ocurrir lo contrario.

La energía es tan escasa que cada reacción metabólica importa.

El organismo puede invertir su energía no en crecer rápidamente, sino en mantener su estructura, reparar daños y conservar las funciones indispensables.

Eso cambia nuestra propia definición intuitiva de «actividad».

Un microorganismo puede estar metabólicamente activo sin encontrarse en una fase de crecimiento rápido.

Puede consumir cantidades minúsculas de energía y mantener un metabolismo extremadamente reducido durante largos períodos.

La biosfera profunda demuestra que la vida no necesita funcionar siempre a máxima velocidad.

También puede sobrevivir reduciendo su ritmo casi hasta el límite.

La frontera del calor

Pero existe una frontera que parece mucho más difícil de superar: la temperatura.

La presión, la falta de luz y la escasez energética pueden ser tolerables para ciertos microorganismos.

El calor extremo termina siendo mucho más difícil.

Uno de los ejemplos más famosos es el arqueón Methanopyrus kandleri, cuyo crecimiento se ha observado experimentalmente a temperaturas de hasta aproximadamente 122 °C bajo alta presión.

Esta cifra resulta extraordinaria porque nos recuerda que la temperatura máxima compatible con el crecimiento microbiano es muy superior a la que asociamos intuitivamente con la vida.

Pero tampoco debemos convertir los 122 °C en una frontera absoluta de la vida.

Es el límite experimental conocido para determinados organismos y condiciones.

Además, la historia térmica de una región importa tanto como su temperatura actual. Estudios de la corteza continental muestran que algunas rocas profundas han pasado durante largos períodos por temperaturas demasiado elevadas para la vida, mientras que otras zonas pueden haber ofrecido condiciones habitables durante cientos de millones de años.

La Tierra no tiene una única profundidad máxima donde desaparece la vida.

Tiene un mosaico de fronteras térmicas.

Cuanto más profundo miramos, más extraño se vuelve el mapa de la vida

La biosfera profunda tampoco es biológicamente pobre en el sentido más sencillo.

Puede contener una enorme diversidad de microorganismos, muchos de ellos todavía desconocidos.

Pero la diversidad no se distribuye como en una selva tropical.

La geología manda.

Una roca rica en ciertos minerales puede sostener un metabolismo. Otra puede no hacerlo. Un acuífero puede transportar electrones y nutrientes. Una fractura puede crear un gradiente químico. Un sistema hidrotermal puede convertirse en una fuente de energía.

Por eso dos ambientes situados a profundidades similares pueden albergar comunidades completamente diferentes.

La vida sigue las condiciones que permiten extraer energía.

Y esas condiciones dependen de la arquitectura de la Tierra.

En este sentido, el subsuelo funciona como un enorme mosaico de nichos microscópicos, cada uno definido por una combinación particular de minerales, agua, temperatura, presión y química redox.

La geografía de la biosfera profunda no se dibuja sobre mapas de continentes.

Se dibuja sobre mapas de química y fracturas.

Una biosfera que también transforma las rocas

Durante mucho tiempo podríamos haber imaginado que la relación era sencilla:

las rocas proporcionan refugio y la vida vive dentro de ellas.

Pero la realidad es más interesante.

Los microorganismos pueden acelerar o modificar reacciones químicas. Pueden transformar compuestos de hierro y azufre, alterar minerales, producir ácidos, modificar el estado químico del carbono y participar en procesos de precipitación y disolución.

La roca crea un hábitat.

El microorganismo modifica el hábitat.

Y el nuevo ambiente puede favorecer a otros microorganismos.

La geología y la biología dejan de ser dos historias separadas.

En la biosfera profunda, ambas forman parte del mismo sistema.

Esto es especialmente importante para comprender los ciclos biogeoquímicos: los microorganismos subsuperficiales pueden participar en transformaciones de carbono, azufre, hierro, nitrógeno y otros elementos a escalas que todavía estamos intentando cuantificar.

El carbono que vive bajo nuestros pies

Aquí regresamos a la sorprendente cifra que dio origen a aquella noticia.

En 2018, investigadores asociados al Deep Carbon Observatory estimaron que la biosfera profunda podía representar entre 15.000 y 23.000 millones de toneladas de carbono, dentro de un enorme volumen potencialmente habitable estimado en alrededor de 2.000 millones de km³.

La cifra es impresionante.

Pero necesita contexto.

No significa que bajo nuestros pies exista una masa compacta de microorganismos equivalente a un enorme océano biológico.

El volumen corresponde al espacio potencialmente habitable y el carbono representa biomasa estimada dentro de ese sistema. La distribución es extremadamente desigual.

Esta diferencia es fundamental:

un hábitat gigantesco no tiene por qué estar densamente poblado.

De hecho, buena parte de la biosfera profunda parece vivir cerca del límite energético que permite mantener el metabolismo.

Y eso hace que el descubrimiento sea todavía más interesante.

No estamos ante una selva escondida.

Estamos ante una biosfera que ha aprendido a sobrevivir con cantidades diminutas de energía repartidas por un volumen planetario gigantesco.

La biosfera profunda no está completamente intacta

La vieja imagen de un subsuelo completamente prístino también necesita ser revisada.

Durante mucho tiempo fue razonable pensar que la mayor parte del subsuelo estaba fuera del alcance humano.

Pero nuestra tecnología ha penetrado cada vez más profundamente.

Perforamos para obtener petróleo y gas.

Construimos minas.

Extraemos agua.

Inyectamos fluidos.

Almacenamos residuos.

Exploramos formaciones geológicas para almacenar dióxido de carbono.

Construimos infraestructuras subterráneas.

Todas estas actividades pueden modificar las condiciones físicas y químicas del subsuelo y, con ellas, las comunidades microbianas que viven allí.

Una revisión publicada en Nature Reviews Microbiology destaca que la actividad humana ya está transformando la biosfera subsuperficial terrestre mediante perforaciones, minería, contaminación y extracción de recursos, además de crear nuevos ambientes y fuentes de nutrientes para los microorganismos.

El mundo que creíamos completamente inaccesible también ha empezado a convertirse en un territorio humano.

Y todavía conocemos muy poco de él.

El subsuelo también participa en el ciclo del carbono

La biosfera profunda no solamente almacena carbono.

También lo transforma.

Los microorganismos pueden producir y consumir metano. Pueden transformar dióxido de carbono en compuestos orgánicos. Pueden degradar materia orgánica enterrada durante períodos geológicos. Pueden modificar minerales carbonatados.

Todo ello conecta la vida microscópica con uno de los sistemas fundamentales de la Tierra:

el ciclo del carbono.

Durante millones de años, parte del carbono de la superficie termina enterrado.

Una fracción puede permanecer atrapada en sedimentos.

Otra puede transformarse químicamente.

Otra puede regresar a la superficie.

Y en cada etapa, los microorganismos pueden intervenir.

La biosfera profunda es, por tanto, una pieza del sistema terrestre que todavía estamos aprendiendo a incorporar a nuestros modelos globales.

No es simplemente un almacén de organismos.

Es un componente activo de la química planetaria.

¿De dónde obtiene energía una vida que vive bajo kilómetros de roca?

Esta pregunta conduce directamente al corazón del misterio.

Si no hay luz, ¿qué alimenta a estos organismos?

La respuesta no es una sola.

En algunos ambientes, la energía procede de materia orgánica que desciende desde la superficie.

En otros, de compuestos producidos por reacciones entre agua y minerales.

En otros, del hidrógeno generado por radiación natural o alteración de rocas.

En otros, de gradientes químicos creados cuando diferentes fluidos se encuentran.

La Tierra misma proporciona parte de la energía.

El calor interno mantiene sistemas hidrotermales.

La radiactividad natural puede impulsar reacciones químicas.

La tectónica fractura rocas y abre caminos para el agua.

La circulación de fluidos transporta sustancias entre diferentes ambientes.

El planeta no es simplemente el escenario donde vive la biosfera profunda.

El propio planeta ayuda a alimentarla.

Una vida que podría sobrevivir a mundos enteros

Aquí aparece una de las consecuencias más profundas del descubrimiento.

La superficie terrestre cambia constantemente.

Los continentes se desplazan.

Las montañas nacen y desaparecen.

Los océanos se abren y se cierran.

El clima cambia.

Las glaciaciones cubren regiones enteras.

Las erupciones volcánicas alteran la atmósfera.

Las extinciones masivas transforman los ecosistemas.

Pero algunos ambientes subterráneos pueden quedar relativamente aislados de esos cambios.

Eso no significa que una comunidad concreta pueda permanecer intacta durante millones de años. La biosfera profunda también cambia, desaparece y vuelve a colonizar nuevos ambientes.

Pero su aislamiento y su dependencia de procesos geológicos permiten imaginar una forma de persistencia biológica muy diferente de la que observamos en la superficie.

Una catástrofe puede destruir un bosque en unas décadas.

Una glaciación puede transformar un continente.

Un impacto puede alterar la atmósfera.

Pero una comunidad situada kilómetros bajo tierra puede experimentar esos acontecimientos de una manera mucho más indirecta.

La profundidad puede convertirse en refugio.

Y esa idea tiene una importancia enorme cuando pensamos en la historia de la vida.

La biosfera profunda también cambia nuestra idea del origen de la vida

Existe una pregunta todavía más antigua.

Si la vida puede vivir sin luz solar y puede obtener energía de interacciones entre agua y roca, ¿podrían ambientes de este tipo haber tenido importancia en la Tierra primitiva?

No tenemos una respuesta definitiva.

Pero sabemos que la Tierra joven era un planeta geológicamente mucho más activo, con océanos, volcanismo, circulación hidrotermal y abundantes interacciones entre agua y minerales.

Las investigaciones modernas sobre la coevolución entre la vida y la química de la Tierra muestran que los primeros metabolismos estuvieron estrechamente relacionados con las condiciones geoquímicas de océanos, continentes y sistemas hidrotermales.

Eso no demuestra que la vida surgiera en las profundidades.

Pero sí nos obliga a considerar algo que durante mucho tiempo quedó fuera del centro de la discusión:

la vida pudo haber tenido desde el principio una relación mucho más estrecha con la geología de lo que nuestra visión superficial del planeta hacía pensar.

La Tierra nos está enseñando cómo buscar vida en otros mundos

Y aquí la historia deja de pertenecer exclusivamente a la Tierra.

Durante mucho tiempo, cuando imaginábamos dónde buscar vida extraterrestre, pensábamos en superficies.

Un planeta con agua.

Una atmósfera.

Temperaturas moderadas.

Luz.

Pero la biosfera profunda cambia esa estrategia.

Un mundo puede tener una superficie helada, irradiada o químicamente hostil y, aun así, conservar bajo ella un ambiente donde existan agua líquida, energía química y protección frente al exterior.

Por eso lugares como Marte, Europa y Encélado resultan especialmente interesantes.

No porque sepamos que albergan vida.

No la hemos encontrado.

Sino porque algunos de ellos poseen o pudieron poseer ambientes subsuperficiales donde las condiciones podrían ser más favorables que en la superficie.

La biosfera profunda terrestre funciona como una especie de experimento natural.

Nos enseña que la habitabilidad no tiene por qué estar escrita sobre la superficie de un planeta.

Puede estar escondida dentro de él.

Quizá la superficie nunca fue el verdadero centro de la vida

Durante siglos hemos mirado la Tierra desde arriba.

Hemos dibujado mapas de continentes, océanos y ecosistemas. Hemos estudiado selvas, arrecifes, desiertos y glaciares. Hemos clasificado millones de especies visibles.

Y, sin embargo, debajo de toda esa diversidad existe otra biosfera.

Una biosfera que no necesita amaneceres.

Que puede vivir sin oxígeno en muchos de sus ambientes.

Que puede obtener energía de minerales y gases.

Que puede producir metano en la oscuridad.

Que puede permanecer activa con cantidades de energía extraordinariamente pequeñas.

Que puede habitar fracturas microscópicas dentro de las rocas.

Y que puede participar en los grandes ciclos químicos que mantienen funcionando al planeta.

La Tierra que vemos desde la superficie es solamente una parte del sistema.

La otra se extiende hacia abajo.

Y cuanto más profundamente la exploramos, más difícil resulta responder a una pregunta que parecía sencilla:

¿Dónde termina la vida?

Tal vez no exista una línea clara.

Tal vez la vida no sea una película delgada extendida sobre un planeta muerto.

Tal vez sea algo mucho más profundo.

Una red de organismos que penetra en los océanos, los sedimentos, las rocas y las fracturas de la corteza, aprovechando cada pequeña diferencia química que la Tierra es capaz de producir.

La superficie recibe la energía del Sol.

Las profundidades reciben la energía de la Tierra.

Y entre ambas existe una biosfera que todavía estamos empezando a descubrir.

Porque quizá la gran sorpresa de la biosfera profunda no sea que haya vida bajo nuestros pies.

La verdadera sorpresa es que la Tierra parece haber encontrado muchas más maneras de estar viva de las que nosotros habíamos imaginado.