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| Las células naranjas en esta imagen de microscopio son Synechococcus, una cianobacteria unicelular de sólo 1 micra de tamaño. Organismos como Synechococcus fueron responsables de bombear oxígeno en el medio ambiente hace 2500 millones de años. |
Hace más de 2500 millones de años la Tierra difería enormemente de nuestro entorno actual, específicamente con respecto a la composición de los gases en la atmósfera y la naturaleza de las formas de vida que habitan su superficie. Mientras la atmósfera actual consiste en alrededor de un 21 por ciento de oxígeno, la antigua atmósfera casi no contenía oxígeno. La vida estaba limitada a organismos unicelulares. La compleja vida eucariota que nos es familiar – animales, incluyendo a los humanos – no era posible en un entorno desprovisto de oxígeno.
La atmósfera que sustenta la vida que disfrutan actualmente los habitantes de la Tierra no se desarrolló de un día para otro. En el nivel más básico, la actividad biológica en el océano ha dado forma a las concentraciones de oxígeno en la atmósfera en los pocos últimos miles de millones de años. En un artículo online publicado hoy por Nature Geoscience, los investigadores de la Universidad Estatal de Arizona Brian Kendall y Ariel Anbar, junto a colegas de otras instituciones, muestran que “oasis de oxígeno” en la superficie del océano fueron lugares significativos de producción de oxígeno mucho antes de que el gas comenzara a acumularse en la atmósfera.
Al finalizar este periodo, la Tierra fue testigo de la aparición de microbios conocidos como cianobacterias. Estos organismos capturaban luz solar para producir energía. En el proceso, alteraron la atmósfera terrestre a través de la producción de oxígeno – un producto de desecho para ellos pero esencial para la vida posterior. Este oxígeno entró en el agua del mar y desde allí parte de él escapó hacia la atmósfera.
“Nuestra investigación muestra que la acumulación de oxígeno en la Tierra comenzó primero a ocurrir en regiones de la superficie del océano cercanas a los continentes donde el suministro de nutrientes habría sido más alto”, explica Kendall, investigador postdoctoral asociado a la Escuela de Exploración de la Tierra y el Espacio en el Colegio de Artes Liberales y Ciencias de la Universidad Estatal de Arizona. “La evidencia sugiere que la producción de oxígeno en los océanos fue intensa en algunos lugares al menos 100 millones de años antes de que se acumulara en la atmósfera. La producción fotosintética de oxígeno por cianobacterias es la explicación más simple”.
La idea de “oasis de oxígeno”, o regiones de acumulación inicial de oxígeno en la superficie del océano, fue propuesta hace décadas. Sin embargo, sólo en los últimos años ha sido presentada la evidencia geoquímica irrefutable de la presencia de oxígeno disuelto en la superficie del océano hace 2500 millones de años, antes de la primera gran acumulación de oxígeno en la atmósfera (conocido como el Gran Evento de Oxidación).
El trabajo de Kendall es el último de una serie de recientes estudios realizados por un equipo de colaboración de investigadores de la Universidad Estatal de Arizona, la Universidad de California en Riverside y la Universidad de Maryland, que apuntan al aumento temprano del oxígeno en los océanos. Junto a colegas de la Universidad de Washington y la Universidad de Alberta, este equipo presentó por primera vez evidencias de la presencia de oxígeno disuelto en estos océanos en una serie de cuatro artículos científicos en los últimos años. Estos artículos se centraron en una formación geológica llamada Monte McRae Shale, en Australia occidental.
Uno de estos documentos, liderado por el equipo de la Universidad Estatal de Arizona, presenta perfiles geoquímicos que muestran una abundancia de dos elementos redox-sensibles – renio (Re) y molibdeno (Mo) – lo que implica que pequeñas cantidades de oxígeno movilizaron estos metales desde la corteza en tierra o en el océano, y los transportaron a través de una superficie óxica del océano hacia aguas anóxicas más profundas donde los metales fueron escondidos en sedimentos ricos en materia orgánica. Kendall participó en esta investigación cuando era estudiante postdoctoral en la Universidad de Alberta.
El objetivo de Kendall en el nuevo proyecto era buscar pruebas de oxígeno disuelto en otro lugar. Quería ver si la evidencia geoquímica del Monte McRae Shale en Australia occidental podía ser encontrada en rocas de edad similar en Sudáfrica. Estas rocas fueron obtenidas en un proyecto patrocinado por el Instituto Agouron. La investigación de Kendall fue financiada por subvenciones de la NASA y de la Fundación Nacional de Ciencia.
Lo que Kendall descubrió en las muestras de Sudáfrica fue una relación única de enriquecimiento alta en renio y baja en molibdeno, señalando la presencia de oxígeno disuelto en el propio lecho marino.
“En Sudáfrica, las muestras de la pendiente continental debajo de la plataforma menos profunda donde se pensaba que eran depositadas en el agua a profundidades demasiado elevadas para la fotosíntesis”, dijo Kendall. “Así que fue una gran sorpresa cuando encontramos evidencias de oxígeno disuelto en el fondo marino a estas profundidades. Este descubrimiento sugiere que el oxígeno fue producido en la superficie en cantidades lo suficientemente grandes para que algo de oxígeno sobreviviera cuando fue mezclado a mayor profundidad. Esto implica una cantidad significativamente mayor de producción de oxígeno y la acumulación en ‘oasis de oxígeno’ de lo que se creía anteriormente”.
Una contribución clave para este estudio provino de Christopher Reinhard y Lyon Timoteo, colaboradores en la Universidad de California, Riverside, y Simon Poulton en la Universidad de Newcastle, quienes encontraron que la química del hierro (Fe) en los mismos esquistos también es consistente con la presencia de oxígeno disuelto.
Fue especialmente satisfactorio ver que dos métodos geoquímicos diferentes – abundancia de renio y molibdeno y la química del hierro – cuentan independientemente la misma historia”, señaló Kendall.
La prueba de que la atmósfera contenía diminutas cantidades de oxígeno proviene de mediciones de la abundancia relativa de isótopos de azufre. Estas mediciones fueron realizadas por Alan Kaufman, un colaborador de la Universidad de Maryland.
“Investigaciones como la de Brian en la co-evolución de la atmósfera terrestre, los océanos y la biosfera no es sólo importante para desentrañar los acontecimientos clave en la historia de la Tierra, también tiene gran relevancia para nuestra búsqueda de vida en otros planetas”, dijo Ariel Anbar, profesor y director del Programa de Astrobiología de la Universidad Estatal de Arizona y mentor postdoctoral de Kendall. “Una de las maneras en las que buscaremos vida en planetas que orbitan otras estrellas es buscar oxígeno en sus atmósferas. Por eso queremos saber cómo el aumento de oxígeno se relaciona con la aparición de la fotosíntesis”.
En un nivel más práctico, Anbar observa que la investigación también se conecta a las preocupaciones que están surgiendo acerca de nuestro propio planeta.
La reciente investigación en los océanos modernos revela que la cantidad de oxígeno está disminuyendo en algunos lugares”, dijo. “Algunos sospechan que este descenso está ligado al calentamiento global. Una de las maneras con que podríamos averiguarlo es reconstruir el contenido de oxígeno del océano en las pendientes del fondo marino en la historia reciente. Así que las mismas técnicas que Brian está avanzando y aplicando a las rocas de miles de millones de años podría ser utilizada para comprender cómo los humanos están cambiando el entorno actual”.
Autor: Nikki Staab
Fecha original: 22 de agosto de 2010
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