¿Qué fue primero: la vida compleja o el alto contenido de oxígeno atmosférico?

Nosotros y todos los otros animales no estaríamos aquí hoy si nuestro planeta no tuviera mucho oxígeno en su atmósfera y sus océanos.

 


Pero, ¿cuán cruciales fueron los altos niveles de oxígeno para la transición de formas de vidas simples y unicelulares a la complejidad que vemos hoy?

Un estudio realizado por los geoquímicos de la Universidad de California en Berkeley presenta nueva evidencia de que los altos niveles de oxígeno no son críticos para el origen de los animales.

Los investigadores encontraron que la transición a un mundo con un océano profundo oxigenado ocurrió entre 540 y 420 millones de años atrás. Lo atribuyen a un aumento en el O2 atmosférico a niveles comparables al 21 por ciento de oxígeno en la atmósfera actual.

Este aumento inferido viene cientos de millones de años después del origen de los animales, que ocurrió hace entre 700 y 800 millones de años.

“La oxigenación del océano profundo y nuestra interpretación de esto como resultado de un aumento en el O2 atmosférico fue un evento bastante tardío en el contexto de la historia de la Tierra”, dijo Daniel Stolper, profesor asistente de ciencias terrestres y planetarias en UC Berkeley.

“Esto es significativo porque proporciona nueva evidencia de que el origen de los primeros animales, que requirieron O2 para sus metabolismos, puede haber continuado en un mundo con una atmósfera que tenía niveles relativamente bajos de oxígeno en comparación con el presente”.

Él y el becario postdoctoral Brenhin Keller informaron de sus hallazgos en un documento publicado en línea el 3 de enero de 2018 antes de su publicación en la revista Nature. Keller también está afiliado al Centro de Geocronología de Berkeley.

El oxígeno ha jugado un papel clave en la historia de la Tierra, no solo por su importancia para los organismos que respiran oxígeno, sino por su tendencia a reaccionar, a menudo violentamente, con otros compuestos para, por ejemplo, oxidar el hierro, quemar las plantas y explotar el gas natural

Sin embargo, no es fácil rastrear la concentración de oxígeno en el océano y la atmósfera a lo largo de la historia de la Tierra de 4.500 millones de años. Durante los primeros 2 mil millones de años, la mayoría de los científicos creen que había muy poco oxígeno en la atmósfera o en el océano.

Pero hace unos 2.5-2.3 mil millones de años, los niveles de oxígeno atmosférico primero aumentaron. Los efectos geológicos de esto son evidentes: las rocas en tierras expuestas a la atmósfera de repente comenzaron a tornarse rojas cuando el hierro en ellas reaccionó con oxígeno para formar óxidos de hierro similares a como se oxida el hierro metálico.

Los científicos de la Tierra calcularon que, por este tiempo, los niveles de oxígeno atmosférico superaron en primer lugar aproximadamente cien milésimas del nivel actual (0.001 por ciento), pero permanecieron demasiado bajos para oxigenar las profundidades oceánicas, que permanecieron en gran parte anóxicas.

Hace 400 millones de años, aparecen depósitos de carbón fósil, una indicación de que los niveles atmosféricos de O2 eran lo suficientemente altos como para soportar los incendios forestales, que requieren aproximadamente del 50 al 70 por ciento de los niveles de oxígeno modernos, y oxigenan las profundidades oceánicas. Cómo los niveles de oxígeno atmosférico variaron hace entre 2.500 y 400 millones de años es menos cierto y sigue siendo un tema de debate.

“Llegar a la historia de los niveles de oxígeno atmosférico de hace unos 2.500 a 400 millones de años ha sido de gran interés dado el papel central de O2 en numerosos procesos geoquímicos y biológicos. Por ejemplo, una explicación de por qué los animales aparecen cuando lo hacen es porque se trata de cuando los niveles de oxígeno se acercaron por primera vez a las altas concentraciones atmosféricas observadas hoy en día “, dijo Stolper.

“Esta explicación requiere que los dos estén relacionados causalmente de modo que el cambio a niveles de O2 atmosféricos casi modernos fue un impulsor ambiental para la evolución de nuestros predecesores que requieren oxígeno”.

En contraste, algunos investigadores piensan que los dos eventos no están relacionados en gran medida. Crítico para ayudar a resolver este debate es identificar cuándo los niveles de oxígeno atmosférico se elevaron a niveles casi modernos. Pero las estimaciones pasadas de cuándo se produjo esta oxigenación varían entre 800 y 400 millones de años atrás, abarcando el período durante el cual se originaron los animales.

¿Cuándo cambiaron los niveles de oxígeno por segunda vez?

Stolper y Keller esperaban identificar un hito clave en la historia de la Tierra: cuando los niveles de oxígeno se volvieron lo suficientemente altos, alrededor del 10 al 50 por ciento del nivel actual, para oxigenar el océano profundo.

Su enfoque se basa en observar el estado de oxidación del hierro en rocas ígneas formadas bajo el mar (llamadas “submarinas”) erupciones volcánicas, que producen “almohadas” y flujos masivos de basalto a medida que la roca fundida sale de las crestas oceánicas.

Críticamente, después de la erupción, el agua de mar circula a través de las rocas. Hoy en día, estos fluidos circulantes contienen oxígeno y oxidan el hierro en basaltos. Pero en un mundo con océanos profundos desprovistos de O2, esperaban pocos cambios en el estado de oxidación del hierro en los basaltos después de la erupción.

“Nuestra idea era estudiar la historia del estado de oxidación del hierro en estos basaltos y ver si podíamos identificar cuándo el hierro comenzaba a mostrar signos de oxidación y, por lo tanto, cuando el océano profundo comenzaba a contener cantidades apreciables de O2 disuelto”, Stolper dijo.

Para hacer esto, compilaron más de 1,000 mediciones publicadas del estado de oxidación del hierro de basaltos submarinos antiguos. Descubrieron que el hierro basáltico solo se oxida significativamente en relación con los valores magmáticos entre hace unos 540 y 420 millones de años, cientos de millones de años después del origen de los animales. Atribuyen este cambio al aumento de los niveles atmosféricos de O2 a niveles casi modernos.

Este hallazgo es consistente con algunas pero no todas las historias de concentraciones atmosféricas y oceánicas de O2. “Este trabajo indica que un aumento en el O2 atmosférico a niveles suficientes para oxigenar las profundidades del océano y crear un mundo similar al visto hoy no era necesario para la emergencia de animales “, dijo Stolper.” Además, el registro submarino de basalto proporciona una nueva ventana cuantitativa al estado geoquímico de las profundidades oceánicas hace cientos de millones o miles de millones de años”.

 

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