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Últimos resultados sobre oxígeno histórico

Área: Geología — Domingo, 23 de Febrero de 2014

Diversos estudios van dibujando la historia geológica del oxígeno sobre la Tierra y su relación con la vida.

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Perfiles de meteorización de 1000 millones de años en el actual Michiogan. Fuente: Noah Planavsky.

El oxígeno atmosférico libre es un subproducto de la vida, en concreto de la fotosíntesis. Proviene de la descomposición del agua en hidrógeno, que es usado por la planta, y oxígeno, que es liberado. Si todas las plantas de la Tierra desaparecieran llegaría un día en que el oxígeno terminaría oxidando los materiales a su alcance hasta desaparecer por completo. Es un gas que no está en equilibrio termodinámico, sino que si está es porque se repone continuamente.
Al comienzo de la historia de la vida sobre este planeta no había oxígeno libre. Una vez aparecieron las bacterias fotosintéticas (cianobacterias) se empezó a liberar oxígeno. Pero los niveles de oxígeno han variado grandemente desde entonces.
La visión convencional es que el aumento de oxígeno atmosférico se dio en dos pasos. Se cree que la primera acumulación de oxígeno en la atmósfera se dio hace 2300 millones de años en los que se llama Evento de Gran Oxidación. Este tipo de información se puede obtener a través del análisis isotópico del registro geológico.
Científicos de la Universidad de California en Riverside modifican la visión tradicional y proponen que la concentración de oxígeno sufrió variaciones en los miles de millones de años transcurridos desde que apareció la vida. La historia de la oxigenación de la Tierra es más larga y más dinámica de lo que se había pensado antes.
Según los nuevos datos, la acumulación de oxígeno se inició hace 3000 millones de años, con niveles que subían y bajaban episódicamente a lo largo cientos de millones de años. Este comportamiento reflejaba el equilibrio entre la variación en la producción fotosintética y el consumo de oxígeno a través de su reducción, como con el gas de hidrógeno. Según Timothy W. Lyons hay un conjunto de datos en aumento que apoyan este escenario.
Este investigador y sus colaboradores han notado que una vez que el nivel de oxígeno se asentó hace 2300 millones de años, posiblemente alcanzó una alta concentración, que puede ser comparable al nivel actual. Entonces, por alguna razón no comprendida aún, el nivel de oxígeno cayó fuertemente hasta alcanzar una pequeña fracción de los niveles actuales, mientras que los océanos permanecieron prácticamente sin oxígeno durante más de 1000 millones de años.
Según Lyon, este periodo de niveles bajos de oxígeno (más bajos de lo pensado anteriormente) se extendió desde hace 2000 millones de años hasta hace unos 1000 millones de años y estuvo caracterizado por una notable estabilidad química tanto en la atmósfera como en los océanos.
Estos investigadores sugieren que hubo procesos interactivos de retroalimentación que mantuvieron los niveles de oxígeno bajos. Principalmente estaban basados en la disponibilidad de los nutrientes en el océano y en la productividad fotosintética.
Este periodo de bajo nivel de oxígeno explicaría la baja abundancia y reducida diversidad de los organismos eucariotas y la ausencia de vida animal en esa época.
A este lapso de tiempo le siguió el Proterozoico tardío, que empezó hace menos de mil millones de años y que fue sustancialmente diferente. Estuvo marcado por eventos climáticos extremos, como la glaciación que cubrió casi todo el planeta, indicaciones de niveles altos de oxígeno y la aparición y diversificación de los primeros animales.
Los animales aparecieron hacia el final de esta era y a comienzos del Cámbrico se produjo una increíble explosión de vida animal. El origen de la aparición de los animales no está del todo claro, pero uno de los factores más importantes parece ser que fue subida de los niveles de oxígeno. Este grupo de investigadores apoya esta idea y la hipótesis, ya tradicional, de que altos niveles de oxígeno permitieron metabolismos más rápidos y la aparición de la relación depredador-presa, que en última instancia, aceleró la evolución de las especies. Todo esto también cambió el ambiente y los ecosistemas, lo que retroalimentó el conjunto.
Por tanto, según estos investigadores, no hubo un factor único que provocará esta radiación de vida animal, sino una combinación de ellos que incluyeron cosas como la formación montañosa.
No se ha dicho la última palabra sobre el tema, e incluso este grupo sigue investigando sobre el asunto y tratando de averiguar más detalles.

Pero otra investigación reciente parece demostrar que los niveles altos de oxígeno no fueron necesarios para la aparición de la vida animal.
Daniel Mills (Universidad de Dinamarca del Sur) y sus colaboradores capturaron unas esponjas Halichondria panicea de un fiordo danés con aguas ricas en oxígeno. Luego las llevaron a un acuario en el que pudieron controlar distintos parámetros, entre ellos el nivel de oxígeno en el agua. Comprobaron que si se iba eliminando gradualmente el oxígeno del agua durante 10 días, las esponjas podían llegar a sobrevivir con niveles 200 veces menores de lo habitual.
Como las esponjas se encuentran muy abajo del árbol filogenético animal, estos investigadores señalan que el resultado desafía la visión tradicional de que la aparición de la vida animal fue provocada en primera instancia por una subida en los niveles de oxígeno. Si las esponjas modernas pueden sobrevivir con niveles de oxígeno 200 veces inferiores a los actuales, las esponjas de hace 600 millones de años posiblemente lo podían hacer incluso mejor.
Mills dice que su estudio apoya una visión radicalmente diferente de estos eventos. Los océanos de la época eran pobres en oxígeno porque posiblemente estaban repletos de materia microbiana muerta en descomposición, lo que consumía el oxígeno que se producía a través de la fotosíntesis.
Algunos expertos del campo han propuesto que las esponjas se alimentaban de esta materia orgánica, lo que facilitó la evolución de animales como las propias esponjas. La proliferación de esponjas habría ayudado a limpiar las aguas y a elevar el nivel de oxígeno. Posteriormente, un mayor nivel de oxígeno habría facilitado la aparición de animales más complejos con mayores necesidades de oxígeno.
Al parecer, las mitocondrias, que son los orgánulos celulares que proporcionan energía, pueden trabajar sin oxígeno durante ciertos periodos de tiempo, lo que sería un recuerdo de los tiempos en los que casi no había oxígeno en el mar.
Bajo el punto de vista genético el asunto no está del todo claro. Por un lado estos estudios indican que los genomas animales son demasiado diversos como para que los primeros animales, antepasados de todos lo actuales, aparecieran hace sólo 600 millones de años. Al parecer, según esto, el antepasado de los animales habría aparecido hace unos 700 millones de años. Este resultado apoyaría una aparición anóxica de la vida animal.
El caso de las esponjas no es único este asunto de la supervivenccia anóxica. Hace cuatro años se informó de la existencia de metazoos que no necesitan oxígeno.
Pero, por otro lado, los análisis de genomas de animales primitivos indican que las esponjas no ocupan la base del árbol filogenético animal, sino que sería el peine de mar o ctenóforo, como hemos visto en NeoFronteras anteriormente . Este otro resultado no avala esta prueba de las esponjas como un indicador del origen anóxico de los animales.
Sería interesante ver si los peines de mar pueden también sobrevivir a niveles bajos de oxígeno. Es posible que las esponjas aparecieran después y, a partir de entonces, fuera cuando ayudarán a limpiar las aguas y a enriquecer indirectamente con ese acto en oxígeno el planeta Tierra. Aunque tampoco se necesitan animales para hacer subir los niveles de oxígeno, como ya pasó hace 2000 millones de años.

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Fuentes y referencias:
Artículo original I.
Artículo original II.

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1 Comentario

  1. tomás:

    No entiendo cómo una Tierra cual bola de nieve tenía altos niveles de oxígeno cuando la fotosíntesis hubo de ser casi nula, a no ser que estuviesen libres de hielos los mares en toda la franja ecuatorial o que las glaciaciones se limitasen a los continentes -por tanto poca oxidación de rocas-. De todas formas tampoco pudo disminuir mucho al darse tan poca vida consumidora de oxígeno. ¿Quizá se ralentizó mucho el ciclo y por eso se mantuvieron los niveles previos?
    Sí que esta historia del oxígeno está llena de misterios, pero si logran resolverlos pueden significar una revolución geológica, pues el oxígeno está íntimamente unido a todo lo demás.

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