Descubren el mecanismo bioquímico responsable por el nivel de oxígeno en la Tierra


Sin el nivel de oxígeno actual en la Tierra, los seres humanos no podríamos existir. Por eso es tan importante para la vida. Ahora, la gran pregunta es esta, ¿como llegamos a niveles de oxígeno tan apropiados para la vida humana en la Tierra? ¿existe algún mecanismo desconocido? Un nuevo estudio liderado por investigadores de la Universidad de Leeds, ha descubierto que la oxigenación gradual de la Tierra es una propiedad inherente del ciclo biogeoquímico global.

En cualquier planeta alienígena que busquemos como nuestro segundo hogar, es decir, un posible planeta análogo a la Tierra, lo primero es conocer la composición química de su atmósfera; los niveles adecuados de oxígeno son un pilar esencial para la vida humana.

La existencia de mundos alienígenas habitables ha sido un pilar de la cultura popular durante más de un siglo. En el siglo XIX, los astrónomos creían que los marcianos podrían estar utilizando alguna forma de transporte basado en canales para atravesar el planeta rojo. Ahora, a pesar de vivir en una época en que los científicos pueden estudiar planetas ubicados a cientos de años luz de nuestro Sistema Solar, la mayoría de las nuevas investigaciones continúan disminuyendo las posibilidades de encontrar otros planetas en los que los humanos puedan vivir. El mayor obstáculo puede ser el oxígeno: los colonos humanos necesitarían una atmósfera con alto contenido de oxígeno para respirar.

Entonces, ¿cómo tuvimos la "suerte" de evolucionar en un planeta con tanto oxígeno? La historia de los océanos y la atmósfera de la Tierra sugiere que el aumento de los niveles actuales de oxígeno encuentra sus orígenes en una serie de eventos increíblemente complejos.

El consenso actual es que la Tierra experimentó un aumento de tres pasos en los niveles de oxígeno atmosférico y oceánico; el primero se llamó el Gran Evento de Oxidación, hace unos 2.400 millones de años. Después de eso vino el Evento de Oxigenación Neoproterozoico, hace unos 800 millones de años, y finalmente el Evento de Oxigenación Paleozoico, hace unos 400 millones de años, que es cuando los niveles de oxígeno en la Tierra alcanzaron su pico moderno del 21%.

Lo que sucedió durante estos tres períodos para aumentar los niveles de oxígeno es un tema de debate entre los científicos.

Una idea es que, una vez que la Tierra se volvió estable, los nuevos organismos reconstruyeron el planeta desde la bioingeniería; reestructurando la atmósfera y los océanos, a través de sus metabolismos o sus estilos de vida. Por ejemplo, el aumento de las plantas terrestres hace aproximadamente 400 millones de años podría haber aumentado el oxígeno en la atmósfera a través de la fotosíntesis terrestre, reemplazando a las bacterias fotosintéticas en el océano, que han sido los principales productores de oxígeno durante la mayor parte de la historia de la Tierra.

Alternativamente, los cambios de las placas tectónicas o las gigantescas erupciones volcánicas también se han relacionado con los eventos de oxigenación de la Tierra.

Esta historia basada en eventos de cómo el oxígeno llegó a ser tan abundante en la Tierra implica que somos "muy afortunados" de vivir en un mundo con alto contenido de oxígeno.

Si no hubiera ocurrido una erupción volcánica, o si un cierto tipo de organismo no hubiera evolucionado, entonces el oxígeno podría haberse estancado a niveles muy bajos y nosotros no podríamos existir. Pero esta última investigación sugiere que este podría no ser el caso.

Creando un modelo por computadora de los ciclos de carbono, oxígeno y fósforo de la Tierra, un grupo de investigadores descubrió que las transiciones de oxígeno pueden explicarse por la dinámica inherente de nuestro planeta y probablemente no requirieron ningún evento que raye con lo milagroso.

Fósforo: el eslabón perdido
Una cosa que creemos que falta en las teorías sobre la oxigenación de la Tierra es el fósforo. Este nutriente es muy importante para las bacterias fotosintéticas y las algas en el océano.

La cantidad de fósforo marino que hay controlará en última instancia la cantidad de oxígeno que se produce en la Tierra. Esto todavía es cierto hoy, y lo ha sido desde la evolución de los microbios fotosintéticos hace unos tres mil millones de años.

La fotosíntesis en el océano depende del fósforo, pero los altos niveles de fosfato también impulsan el consumo de oxígeno en el océano profundo a través de un proceso llamado eutrofización.

Cuando los microbios fotosintéticos mueren, se descomponen, lo que consume oxígeno del agua.

A medida que caen los niveles de oxígeno, los sedimentos tienden a liberar más fósforo. Este circuito de retroalimentación elimina rápidamente el oxígeno. Esto significaba que los niveles de oxígeno en los océanos podían cambiar rápidamente, pero fueron amortiguados durante largos períodos de tiempo por otro proceso natural que involucra el manto de la Tierra.

A lo largo de la historia de la Tierra, la actividad volcánica ha liberado gases que reaccionan y eliminan el oxígeno de la atmósfera.

Estos flujos de gas han disminuido con el tiempo debido al enfriamiento del manto de la Tierra, y el modelo por computadora de los investigadores sugiere que esta lenta reducción en los flujos de gas, junto con la evolución inicial de la vida fotosintética, fue todo lo que se requirió para producir una serie de aumentos de cambio, paso a paso, en los niveles de oxígeno.

Estos incrementos escalonados tienen una clara semejanza con el aumento de tres pasos en el oxígeno que se ha producido a lo largo de la historia de la Tierra.

El modelo también respalda nuestra comprensión actual de la oxigenación de los océanos, que parece haber involucrado numerosos ciclos de oxigenación y desoxigenación antes de que los océanos se oxigenaran a los niveles actuales, justo como lo están hoy en día en todo el mundo.

Lo que es realmente emocionante de todo esto, dicen los científicos, es que el patrón de oxigenación se puede crear sin la necesidad de saltos evolutivos difíciles y complejos, o eventos volcánicos o tectónicos catastróficos, que en última instancia son altamente circunstanciales. Estos eventos circunstanciales es lo que algunos llamarían "el azar" o "la suerte". Este modelo demuestra que la suerte y el azar no tienen nada que ver con los presentes niveles de oxígeno.

Entonces, parece que la oxigenación de la Tierra puede haber sido totalmente inevitable una vez que la fotosíntesis ha evolucionado, y las posibilidades de que existan mundos con alto contenido de oxígeno en otros lugares podrían ser mucho mayores. En resumen, la posibilidad de que el planeta Tierra pueda haber creado seres humanos no es obra del azar, es el fruto de la bioquímica.

Referencia del documento científico:
Lewis J. Alcott et al. 2019. La oxigenación gradual de la Tierra es una propiedad inherente del ciclo biogeoquímico global. Science 366 (6471): 1333-1337; doi: 10.1126 / science.aax6459

Autores: Lewis Alcott, Ph.D. investigador en ciencias de la Tierra en la Universidad de Leeds, y Benjamin J.W. Mills, profesor asociado de modelado biogeoquímico en la Universidad de Leeds.

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