NeoFronteras

Glaciación, fósforo, oxígeno y vida compleja

Área: Geología — lunes, 1 de noviembre de 2010

El final del último periodo de bola de nieve dio lugar a una alta concentración de fósforo en los océanos y esto produjo una mayor cantidad de oxígeno y a la emergencia de la vida animal compleja.

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Testigos de roca extraídos en Sudáfrica de 2,2 millones de años. Fuente: Lyons lab, UC Riverside.

Un grupo de científicos de la Universidad de California en Riverside ha encontrado nuevas pruebas que avalan la conexión entre el evento de “bola de nieve” y la aparición de los primeros animales complejos.
La controvertida hipótesis de la bola de nieve sostiene que la Tierra estuvo durante millones de años casi completamente cubierta por una gruesa capa de hielo y nieve en varias ocasiones a lo largo de la historia geológica. Una de estas superglaciaciones ocurrió hace entre 750 y 580 millones de años. Estos investigadores sostienen que al término de este evento se produjo un enriquecimiento en fósforo, un nutriente que controla la abundancia de vida en los océanos.
Han llegado a esta conclusión después de analizar la composición de rocas que se formaron en el fondo marino mediante la precipitación de compuestos químicos ricos en hierro. Esta precipitación habría captado fósforo del agua marina de la época de manera estratigráfica. Según sus análisis hay un pico pronunciado en los niveles del fósforo marino en el Neoproterozoico medio (hace entre 750 y 635 millones años). Durante los pasados 3000 millones de años la concentración de fósforo varió muy poco. Fue precisamente entre hace esos 750 y 635 millones de años cuando sus niveles aumentaron.
Para explicar esta alta concentración anómala, los investigadores argumentan que el aumento de la erosión y del lavado químico sobre tierra firme provocado por el evento de bola de nieve dio lugar a altas concentraciones de fósforo en los océanos. Los glaciares habrían erosionado la roca continental y, al retirarse, se liberó una gran cantidad de fósforo que terminó en los océanos.
La abundancia de este nutriente, que es esencial para la vida, dio lugar a un aumento de los niveles de oxígeno gracias a las fotosíntesis, oxígeno que se acumuló en la atmósfera y que facilitó la aparición de la vida animal compleja.
Según Noah Planavsky han encontrado en el registro geológico evidencias de altas concentraciones de fósforo justo después del evento de bola de nieve. El fósforo impone un límite a la productividad biológica neta en tiempos geológicos. Por tanto, altas concentraciones de fósforo marino facilitan la transición hacia un sistema en el que la atmósfera y el océano son ricos en oxígeno. Esta transición allanó el camino a la aparición de animales complejos y a su diversificación ecológica. “Nuestro trabajo proporciona un mecanismos que une las glaciaciones extensas del Neoproterozoico con la evolución de la vida animal temprana”, dice Planavsky.
Con niveles bajos de oxígeno la vida animal era bastante estática y se circunscribía a esponjas y seres similares. El movimiento, la depredación activa, los sistemas nerviosos complejos, la visión, etc, necesitan de mucha energía, gran cantidad de energía que sólo puede darse a través de la respiración mediante el consumo de oxígeno.
Los altos niveles de fósforo habrían aumentado la productividad biológica en los océanos y esto estaría asociado a una mayor producción de oxígeno. Aunque una mayor productividad implica también una mayor cantidad de sustancias orgánicas que consumen oxígeno con la respiración, el enterramiento de parte de esta materia orgánica permitiría un aumento neto del oxígeno en la atmósfera.
Hasta ahora los científicos creían que las condiciones geoquímicas de un océano rico en hierro habrían dado lugar a bajas concentraciones de fósforo. Este grupo de investigadores no encontró pruebas de una crisis de fósforo después de la bola de nieve, sino todo lo contrario.
Habría ya pruebas del aumento de oxígeno durante la emergencia de la vida animal y el final de la bola de nieve, pero este resultado es el primero que aporta señales químicas de que el iniciador del proceso habría sido un aumento de los nutrientes. Estas pruebas están basadas en unas 700 muestras de rocas ricas en hierro de la época.
Se había sugerido ya que estas glaciaciones había espoleado la aparición de la vida animal, o aumentado los niveles de oxígeno, pero no se había explicado muy bien cómo lo habían hecho. Este resultado proporciona una explicación convincente de causa y efecto que permitió la vida animal compleja y, por tanto, la aparición en última instancia de seres como nosotros.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original.

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6 Comentarios

  1. Juan Díaz:

    El tema planteado es fascinante: origen quimico de la vida.
    Las primeras ideas al respecto, de la “sopa primordial” mas radiaciones, planteada por Oparin, actualmente está poco acreditada.
    Sin embargo, aun se ven artículos, con membrete científico, que indicarian que puede tener la vida un origen geotermal, en la oscuridad de aguas salinas y ardientes.
    No estoy cierto de esta posibilidad como real, pero me parece UNO de los origenes posibles. De hecho, posiblemente la vida se inicia varias veces, en distintos ambientes y “ensayos”.
    La concentración de fósforo, como sea, debe ser crucial, como, eventualmente, el fenómeno browniano, para que las moléculas primordiales interactúen entre si.
    Fósforo es un mineral no metálico, cuya presencia es auspiciosa en marte y exoplanetas de la zona habitable, indicativo de probable vida, asociado al agua, y que pudiera detectarse desde muy lejos gracias al análisis espectrográfico.
    Un saludo.

  2. NeoFronteras:

    El tema no es ese, léalo de nuevo, por favor. Comete un error de 3000 millones de años.

  3. Juan Díaz:

    “Los vegetales, sobretodo, desde que poseyeron clorofila, fueron aumentando su capacidad para fabricar su propio protoplasma a base de minerales simples, agua, anhídrido crabónico, nitratos y otras combinaciones…” (Aldunate Phillips)
    Según se indica, el fósforo fue crucial, llegado al océano por los bollos de nieve del deshielo rocoso.
    El período de emergencia de los primeros seres vives no habria dejado rastros fósiles. Quzás estos microorganismos tambien crearon algun tipo de placton nitrogenado y rico en fósforo, que sirviera de plataforma alimenticia para especies más sofisticadas.
    Pero al artículo le preocupa el problema de la respiración, aumento del oxígeno terrestre o submarino, pueden ser índices muy distintos uno de otro.
    Debe haber una gran diferencia entre vegetales terrestres y plantas marinas. Voy a consultar esto.
    Gracias.

  4. JAvier:

    Juan por vida compleja se entiende que se habla de organismos pluricelulares, los cuales aparecieron hace alrrededor de 700 MA (millones de años) atras, la colonización de la tierra dirme fue varios cientos de años después de esto (al menos por organismos pluricelulares claro). El origen de la vida en sí fue hace por los menos 3600 MA, 55 veces más timpo que desde que desaparecieron los dinosaurios.

    Como sea, puede que sea buena idea mencionar en que funciones está implicado en fósforo en los seres vivos en general. A mi modo de ver su función más importante es la formación de moléculas transportadoras de energía como el ATP (adenosín trifosfato) que tranportan energía por la célula. La gracia es esta, los 3 fosfatos están primero como fósforo inorgánico (con 4 átomos de oxígeno unidos, no me preguntes el por qué del nombre) y estos unidos entre si en linea y estos enlaces al romperse liberan mucha energía que es aprobechada en gral por la enzima de turno.

    Para formarlas necesito una fuentede energía externa, por ejemplo la respiración usando oxígeno ya que estamos con animales, y fósforo. Da igual que tan buena sea una fuente de energía, si no hay fósforo que usar se terminó la historia.

    Por si con esto aún no queda claro, ten en cuenta que cada nucleótido del ADN tiene un fósforo.

    Ahora bien, pero me dirás que el fósforo no desaparece, puede reutilizarse una y otra vez. El problema cuando un organismo marino muere, parte del fósforo queda en los sedimentos del fondo y es arrastrado por las placas tectónicas (parecen más unas bandas transportadoras que chocan a simples trosos de rocas chocando) hasta un límite de Subducción. O sea entra al interior de la tierra donde solo los bichos de Julio Verne podrían usarlo hasta que algún día salga por límite divergente. Es un ciclo lento y hay relativamente poco fósforo disponible.

    En resumen, con más fósforo pueden sostenerse más seres vivos, entre ellos las algas que realizan fotosíntesis produciendo oxígeno, y este puede ser usado en la respiración (una de varias pero esa es otra histoira, de todas formas la que usa oxígeno es la que produce más energía) y mantener seres vivos con una tasa metabólica alta. Ahora no solo tengo más fósforo que usar sino que puedo producir más energía.

    Espero que no me halla quedado demasiado denso.

    PD: Otra cosa para que quede claro de la escala de las bolas de nieve de aquella época, está en discución si había una franga de tierra libre de hielo en el ecuador o no. En ambos casos es MUCHO hielo noviéndose.

  5. NeoFronteras:

    Básicamente, la escala de tiempo del ciclo del fósforo es geológica, pues está implicada la téctónica.
    Este elemento es un factor limitante en la productividad biológica por su escasez. A la vez que es un elemento fundamental en muchas moléculas biológicas, sobre todo en la “moneda de energía celular” que es el ATP y sus variantes.
    Cuando usamos detergentes con fosfatos fertilizamos las aguas y las algas crecen descontroladamente. Es la llamada eutrofización.

    Javier apunta a algo importante y es que todavía no se está seguro de la escala de dichas superglaciaciones.

  6. tomás:

    Todo parece muy claro pero sólo en la parte de destrucción del fósforo por medio del hundimiento en la subducción que le hace acabar en el manto. La salida sólo puede ser por la emergencia de tierras marinas o en las dorsales oceánicas (posiblemente también en las erupciones volcánicas y por ello son tan fértiles las tierras próximas). Pero en estas dorsales, no parece que la vida sea tan abundante como para que se produzca una vuelta suficientemente rápida a la vegetación y de ahí a los animales. Por otra parte los levantamientos son realmente muy lentos. Así que su consumo en agricultura deberíamos compensarlo de alguna forma, so pena de agotarlo. Una -quizá ya se haga- consistiría en recuperar todo el pasible P y N usando la materia orgánica directamente como abono.

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