NeoFronteras

Sobre los niveles de oxígeno en el Proterozoico

Área: Biología,Geología — martes, 26 de julio de 2016

Un nuevo modelo sobre concentración de oxígeno durante el Proterozoico permite llegar a mejore conclusiones sobre la aparición de vida animal compleja que las ideas tradicionales.

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Se necesitaron miles de millones de años desde que apareció la vida en la Tierra hace unos 3800 millones de años para que evolucionaran los primeros animales complejos.

La gran explosión del Cámbrico se dio hace unos 540 millones de años y los animales pluricelulares más antiguos no se remontan a mucho más de 600 millones de años atrás. Hasta entonces este planeta era un páramo microbiológico.

El factor crucial que permitió la rápida evolución de la vida animal compleja fue la presencia de oxígeno libre que alimentó la respiración aerobia. La respiración aerobia proporciona, gracias un metabolismo rápido, mucha energía y esta permite cuerpos grandes, sistemas nerviosos que den comportamientos complejos, visión sofisticada, cuerpos en movimiento que permitan la caza, etc. Una vez se entra en una relación competitiva y de depredación la evolución rápida está garantizada.

Pero para todo ello se necesita de oxígeno libre que es producido por seres fotosintéticos. Al principio estos seres estaban constituidos por cianobacterias, seres que fueron los primeros en construir estructuras biológicas en la Tierra: los estromatolitos. Pero, al principio, no todo el oxígeno que producían se estaba libre en la atmósfera, gran parte de él se combinaba con los minerales presentes u oxidaba la materia orgánica, por lo que su concentración en la atmósfera no subía mucho.

A lo largo de estos 11 años de NeoFronteras hemos visto muchos resultados acerca del nivel de oxígeno presente en tiempos pretéritos. Este tema ha sido uno de los favoritos de los geólogos a lo largo de este tiempo. Básicamente, este tipo de estudios analizan la concentración de ciertos isótopos que permiten deducir la cantidad de oxígeno libre de entonces en las rocas sedimentarias de la época. Luego las cuentas son sencillas y, sabiendo cómo se comporta el agua marina, se puede saber cuánto oxígeno había disuelto en los océanos y si era posible la vida compleja.

Pero las no cosas no, en realidad, tan sencillas y hacer un seguimiento de los niveles de oxígeno es algo más complicado de lo pensado, tal y como quiere demostrar Chris Reinhard (Georgia Institute of Technology). Sus ideas están agitando el pensamiento convencional sobre el oxígeno libre en tiempos geológicos.

El modo habitual de pensar en todo esto es considerar un valor ‘x’ de oxígeno atmosférico y que los océanos absorben este oxígeno hasta alcanzar un equilibrio. Una vez se alcanza cierto nivel de oxígeno en los mares entonces la vida animal compleja puede aparecer por evolución. Este fenómeno de difusión del oxígeno se puede medir en un plácido matraz de laboratorio. Pero esto está demasiado simplificado.

Los océanos son expansivos, asimétricos, tienen partes profundas y partes muy someras, algunas están bajo clima tropical y otras sometidas a intenso frío, hay turbulencias, corrientes, sedimentos, distintas concentraciones de sales… Todo ello altera la concentración de oxígeno en un punto cualquiera, lo que produce una gran variación espacial en las tres dimensiones. Así que Reinhard y sus colaboradores han creado un modelo computacional que tiene en cuenta muchos de estos factores.

Se centraron sobre todo en cambios de la concentración de oxígeno atmosférico en el periodo de tiempo en el que aparecen animales en el registro fósil, para así establecer una relación entre los dos hechos.

Sin embargo, usaron la distribución actual de los continentes, en lugar de la que había durante el eón Proterozoico. Esto permitía tener un detalle geográfico que es imposible tener de otro modo. Además, Reinhard sostiene que las diferencias entre las dos distribuciones continentales no cambiarían las conclusiones.

Gracias a este modelo puede deducir cuánto oxígeno penetraba en los océanos terrestres desde la atmósfera y de las fuentes marinas durante parte del Proterozoico, en concreto el tiempo que va desde hace 1800 millones de años hasta hace 600 millones de años. En esa época la atmósfera terrestre sólo contenía una fracción del oxígeno libre actual.

El modelo indica que este oxígeno no se disolvía por igual en los distintos mares terrestres, sino que en ciertas áreas su concentración subió mucho más cuando su concentración atmosférica subió (ver gráficos de cabecera). Esto tiene implicaciones sobre el marco temporal sobre el que se dio la evolución de la vida animal compleja y sobre futuros estudios acerca de la probabilidad de vida compleja en exoplanetas.

Los humanos o los animales actuales se asfixiarían en un mundo como el del Proterozoico. Debido a este factor y según este modelo, las condiciones para la emergencia de vida animal en la época son peores que lo que se creía.

Lo importante en esa época eran las regiones bentónicas de los océanos, esas partes someras de los mares en las que hay luz y nutrientes suficientes, que son claves para la evolución. Incluso hoy en día son regiones ricas en vida en las que se practica buceo, precisamente para ver la vida allí presente. Si en esas zonas no había oxígeno disuelto suficiente entonces esto retrasó la aparición vida compleja hasta el final del Proterozoico.

En el modelo se introdujeron distintos puntos de partida en cuanto la concentración de oxígeno atmosférico que fueron de 0,5% a un 10% del nivel actual. A bajas concentraciones las simulaciones muestran que el oxígeno disuelto estaba principalmente en las regiones ecuatoriales, que era donde se producía más oxígeno por fotosíntesis. Entonces, según la atmósfera se llenaba de más oxígeno, el que estaba disuelto lo estaba en mayor cantidad en las regiones frías cercanas a los polos, pues el agua fría es capaz de retener más oxígeno disuelto (ver gráficos de cabecera).

En el modo de pensar anterior, la vida animal tuvo que evolucionar en todas partes del océano por igual, pero en realidad no fue así. Las condiciones en ciertas áreas eran muy severas y dificultaban la evolución de vida compleja por no contener oxígeno suficiente.

Según Reinhard la moraleja de todo esto es que pensar ecológicamente, en lugar de simplemente en sólo el nivel de oxígeno, va a ser mucho más robusto. Los conceptos y resultados que se desprenda de este tipo de modelos se podrán emplear para predecir si hay o no vida compleja en exoplanetas con diferentes estructuras continentales.

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Fuentes y referencias:
Artículo original
Gráficos: Chris Reinhard, Georgia Tech.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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2 Comentarios

  1. Tomás:

    Eso de que en el “modo de pensar anterior” la vida hubo de evolucionar en todas las partes de los océanos por igual he de decir que es posible que se tomase así en general, pero ha sido una sorpresa para mí leerlo. Bajo mi punto de vista solo por haber partes del océano con aguas someras, muy oxigenadas, otros lugares con aguas muy profundas con muy poco oxígeno, unos con aguas próximas al ecuador y, por tanto más cálidas y otros a menos de cero grados, los animales que los ocupan y su evolución ha de ser, por fuerza, distinta. De hecho y por ejemplo, los estromatolitos no podrían comenzar en aguas profundas.

    Acabo de enterarme de dos noticias: una especie de tiburón de Groenlandia -creo- resulta que supera con mucho los 400 años, resultando el vertebrado más longevo que existe; se explica por su tamaño y su bajo metabolismo al vivir en aguas frías. La otra noticia es que en los fondos del Mediterráneo se han encontrado tres especies de animales que son anóxicos, lo cual ha resultado una sorpresa mayúscula, pues no se creía que seres complejos pudieran vivir sin oxígeno. Miden menos de un mm, no tienen mitocondrias, sino otros orgánulos y obtienen su energía por medio de reacciones enzimáticas.

    Por eso digo que me extraña mucho que se pensase que la evolución pudiera ser uniforme, ni incluso más o menos uniforme, máxime teniendo el ejemplo actual donde cualquier aislamiento terrestre ha dado como resultado evoluciones muy distintas a las que se ha dado el nombre de “efecto isla”· Incluso, aunque los climas fuesen similares, tenemos en la actualidad un ejemplo que tiene su explicación próxima, aunque no lejana, a mi modo de ver: En el Polo Norte, osos polares y focas. En en Polo Sur, pingüinos. Lo de próxima lo digo porque en el hemisferio norte hay osos y no los hay en el sur, por ejemplo. La explicación lejana pudiera ser que la especie se originase en un continente que haya permanecido en el norte o derivado hacia él desde que se dio la especie -pienso que en Norteamérica-, porque creo que la tierra más sureña donde hay osos es la India, con la excepción del oso de los Andes que -imagino- pasó a Suaramérica tras la formación del paso de Panamá; aunque no sé si antes de cierre definitivo o durante su formación tardía.
    Bueno, que me estoy enrollando. Chao.

    O sea que no veo por qué se ha pensado en una evolución uniforme nunca.

  2. Miguel Ángel:

    Un enlace sobre la noticia que nos adelantas, querido Tomás:

    http://www.rtve.es/noticias/20160812/tiburon-groenlandia-vertebrado-mas-longevo-puede-llegar-vivir-mas-400-anos/1385241.shtml

    Comentan que las hembras son niñas hasta los 150 años, que es cuando alcanzan la madurez sexual, y que algún ejemplar podría estar vivo desde la fecha del descubrimiento de América.
    Me ha hecho recordar un documental sobre las también muy longevas ballenas boreales, que está siendo estudiadas por su elevada longevidad (se estima que pueden vivir 250 incluos 300 años). El documental que menciona se basaba en la hipotética biografía de una de estas ballenas, cuyo nacimiento tenía lugar el año de la Revolución Francesa (1.789), hasta nuestros días.

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