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| La NOAA explora una chimenea de ventilación hidrotermal en la Fosa de las Marianas en 2016. Crédito de la imagen: NOAA Ocean Exploration, 2016 Deepwater Exploration of the Marianas. |
Investigadores dirigidos por Ryuhei Nakamura, del Centro RIKEN para la Ciencia de los Recursos Sostenibles (CSRS) de Japón y el Instituto de Ciencias de la Tierra y la Vida (ELSI) del Instituto Tecnológico de Tokio, han realizado un descubrimiento revolucionario. Han hallado nanoestructuras inorgánicas en torno a fuentes hidrotermales de aguas profundas que guardan un notable parecido con las moléculas esenciales para la vida tal y como la conocemos. Estas nanoestructuras autoorganizadas actúan como canales selectivos de iones, generando energía que puede convertirse en electricidad.
Estos descubrimientos no sólo revolucionan nuestra comprensión de los orígenes de la vida, sino que también encierran un gran potencial para la obtención industrial de energía azul.
Cuando el agua de mar se filtra en las profundidades de la Tierra a través de las fisuras del fondo oceánico, se calienta con el magma, vuelve a la superficie y se libera en el océano a través de los respiraderos hidrotermales. El agua caliente lleva disueltos minerales adquiridos durante su viaje por las profundidades de la Tierra. Al encontrarse con el agua fría del océano, se producen reacciones químicas que hacen que los iones minerales formen estructuras sólidas conocidas como precipitados alrededor del respiradero.
Las fuentes hidrotermales, esas enigmáticas estructuras ocultas bajo la superficie del océano, pueden ser la clave del origen de la vida en la Tierra. Estos respiraderos ofrecen las condiciones perfectas para que prospere la vida: estabilidad, riqueza mineral y abundantes fuentes de energía.
Los investigadores del CSRS del RIKEN se han adentrado en el misterioso mundo de las fuentes hidrotermales alojadas en serpentinitas, donde los precipitados minerales presentan una estructura en capas extraordinariamente compleja formada por óxidos metálicos, hidróxidos y carbonatos.
Su revolucionario descubrimiento ha desvelado la posibilidad de una conversión osmótica natural de la energía en un entorno geológico. Este proceso, vital para la existencia de plantas, animales y microbios modernos, se creía hasta ahora exclusivo de los organismos vivos.
Los investigadores se adentraron en las profundidades de la Fosa de las Marianas, en el Océano Pacífico, y recogieron muestras del yacimiento Shinkai Seep, situado a la asombrosa profundidad de 5.743 metros. La muestra clave, un sorprendente fragmento de 84 centímetros compuesto principalmente de brucita, reveló datos fascinantes con microscopios ópticos y escáneres de rayos X micrométricos.
Los cristales de brucita estaban dispuestos en columnas continuas, formando nanocanales que facilitaban el flujo del fluido de ventilación. Además, la superficie del precipitado presentaba cargas eléctricas variables, un sello distintivo de la conversión de energía osmótica en nanoporos estructurados.
Esta extraordinaria revelación desafía nuestra comprensión de los procesos naturales y abre nuevas fronteras en el estudio de los entornos geológicos de las profundidades marinas. Las implicaciones de este descubrimiento son extraordinarias y los investigadores están a punto de desentrañar los secretos que esconden las antiguas formaciones geológicas de la Tierra.
El equipo utilizó un electrodo para captar meticulosamente la corriente-voltaje de las muestras. Al exponerlas a altas concentraciones de cloruro potásico, la conductancia mostraba una correlación directa con la concentración de sal en la superficie de los nanoporos.
Sin embargo, a concentraciones más bajas, la conductancia permanecía constante, lo que indica que se regía por la carga eléctrica local de la superficie del precipitado. Este curioso transporte de iones basado en la carga se parece mucho a los canales iónicos activados por voltaje que se encuentran en células vivas como las neuronas.
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| Muestra tomada de la chimenea hidrotermal. Crédito de la imagen: RIKEN Center for Sustainable Resource Science. |
Mediante rigurosas pruebas con gradientes químicos similares a los que se encuentran en las profundidades oceánicas, los investigadores demostraron de forma convincente que los nanoporos funcionan como canales iónicos altamente selectivos. En las regiones donde el carbonato estaba adherido a la superficie, los nanoporos facilitaban el paso de iones de sodio positivos. Por el contrario, en los nanoporos con adhesión de calcio, sólo se permitía el paso de iones de cloruro negativos.
«La formación espontánea de canales iónicos descubierta en las fuentes hidrotermales de aguas profundas tiene implicaciones directas para el origen de la vida en la Tierra y más allá», afirma Nakamura. «En concreto, nuestro estudio muestra cómo la conversión de energía osmótica, una función vital en la vida moderna, puede producirse abióticamente en un entorno geológico».
Las centrales eléctricas industriales aprovechan los gradientes de salinidad entre el agua del mar y la de los ríos para generar energía, un proceso revolucionario conocido como captación de energía azul. Nakamura destaca la posibilidad de revolucionar la generación de energía profundizando en la generación espontánea de estructuras de nanoporos en los respiraderos hidrotermales. Este conocimiento podría allanar el camino para que los ingenieros desarrollen métodos sintéticos superiores para convertir la energía osmótica en energía eléctrica.