NeoFronteras

Pronta subida de los niveles de oxígeno

Área: Geología — Lunes, 29 de Agosto de 2016

Niveles de oxígeno comparables a los actuales se dieron unos 300 millones de años antes de lo que se creía.

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Al principio nuestro planeta no tuvo oxígeno libre en su atmósfera. Este gas es muy reactivo y sólo se puede acumular si es producido continuamente. Su producción está asociado a la vida, pues son los seres fotosintéticos los que lo producen. Aunque para que los niveles de oxígeno llegasen a un valor importante tuvieron que pasar muchos cientos de millones de años.

Se cree que la vida comenzó hace unos 3800 millones de años y estuvo compuesta por bacterias y arqueas durante bastantes miles de millones de años. La gran explosión del Cámbrico, una gran radiación de vida animal compleja, 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.

Se cree que 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.

Para deducir los niveles de oxígeno de épocas pasadas normalmente se recurre al estudio de la abundancia relativa de isótopos de distintos elementos presentes en rocas sedimentarias correspondientes a la época en concreto que se quiera estudiar.

Estos métodos arrojan resultados que parecen encajar con una relación entre la subida de los niveles de oxígeno y la aparición de la vida compleja en la Tierra. Es decir, niveles de oxígeno atmosféricos similares a los actuales aparecieron por primera vez hace poco más de 550 millones de años. Como esto coincide con la aparición de los primeros casos de vida pluricelular más o menos compleja, se deduce una relación de causa efecto entre la abundancia de oxígeno libre y la aparición y diversificación de vida animal.

Pero los métodos isotópicos para medir la presencia de oxígeno libre en el pasado no están libres de margen de error. No podemos ir en una máquina del tiempo para medir esto directamente, pero, con un poco de suerte, sí se puede medir directamente está abundancia.

Algunos minerales presentan inclusiones de fluidos del entorno del mineral en cuestión de la época de su formación. Un caso son las rocas salinas que contienen burbujas de aire de la atmósfera de la época en la que se formaron (ver foto de cabecera). Basta extraer ese aire y medir la proporción de oxígeno que hay y que, se supone, es la misma que cuando se formó. Datando la roca en cuestión por algún método se puede deducir la cantidad de oxígeno que tuvo la atmósfera terrestre en épocas pasadas. Sólo hay que contar con rocas de este tipo de distintas épocas.

Ahora, un grupo de investigadores ha publicado un análisis de las inclusiones de rocas salinas de este tipo, estudio realizado gracias a un espectrómetro de masas cuadrupolar. Llegan a la conclusión de que, hace ya 813 millones de años, el nivel de oxígeno atmosférico ya llegaba a un 10,9 por cierto, que es un valor comparable con el actual. Esto demostraría que niveles de oxígeno comparables a los actuales se dieron unos 300 millones de años antes de lo que se creía.

El resultado es ciertamente sorprendente y, si se confirma, exigirá una reevaluación sobre las causas de la aparición de la primera vida animal compleja sobre la Tierra.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=5012

Fuentes y referencias:
Artículo original.
Foto: Kathleen Benison.

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

  1. Tomás:

    Diría yo que comparable, comparable…; si, claro, la mitad aproximadamente (10,9 %) puede compararse al total actual (21 %), como el doble (42 %) también es comparable, pero no me parece muy aceptable tal comparación. Si dijese, por ejemplo, que un 19 % es comparable, pues sí,es muy comparable.

  2. NeoFronteras:

    Hasta ahora se creía que con un nivel de oxígeno bastante por debajo del actual podría aparecer y mantenerse la vida. Bajo esa perspectiva un 10% debía de ser suficiente. Entonces, o bien se necesita más oxígeno y por eso apareció más tarde o bien que se necesita menos oxígeno, pero que la evolución necesite de más tiempo para conseguir vida compleja.

  3. Tomás:

    Comprendo, añorado Neo, que solo te refieres a la proporción atmosférica, pero la vida comenzó en el mar, y era vida, y la evolución se aceleró en el mar y era evolución, con poquísimo oxígeno; diría, quizá por decir algo, que menos del 0,5 % en el mejor de los casos, o sea, en las aguas superficiales; en las profundas muchísimo menos (a lo peor me equivoco, pero seguro que es poquísimo comparado con el del aire). El considerar esto me hace asombrarme de la revolución que hubo de soportar el organismo del primer pez que salió del agua y respiró ese alto % de oxígeno. Pero, una cosa es el aire y otra el agua, desde luego. En resumen que no soy capaz de comparar las necesidades de nuestro gas imprescindible en uno y otro medio. De todas formas, lo que sí es cierto es que, en la actualidad, el vigor de las especies marinas diría que es, como mínimo, igual al de las especies atmosféricas.

  4. NeoFronteras:

    Por eso normalmente se habla de “niveles” en plural. De todos modos, el disuelto en el mar es proporcional al atmosférico.

  5. Miguel Ángel:

    Querido amigo Tomás:

    No es tan diferente la respiración a través de branquias que a través de pulmones: en ambos casos el intercambio de gases se realiza a través de un medio líquido. En los pulmones este medio líquido es el “surfactante pulmonar” que recubre los alveolos pulmonares. Aunque es una capa muy fina, es indispensable ya que en su ausencia el oxígeno apenas es capaz de difundirse hacia la sangre causando una patología que se conoce como distress respiratorio, potencialmente mortal.
    De modo análogo, los olores también los percibimos a través de un medio líquido, si la nariz está seca por alguna atrofía de su capa mucosa, no podemos oler. Y con los sabores pasa lo mismo.
    Con lo anterior, es mucho más evidente que seguimos siendo peces.

  6. Tomás:

    Sí, querido amigo Miguel, aunque mi conocimiento de la anatomía del pulmón es muy rústico, pues imagino a los alveolos como unos globitos elásticos, claro que cubiertos de algo líquido porque si estuvieran secos no podrían disolver el oxígeno y que este entrase en ellos. O sea que, como dices, ha de ser una capa finísima la del líquido que los cubra y, diría que muy permisiva al paso del gas, o al de su disolución. Es decir que su tensión superficial será mínima. Aún así hay muchas cosas que no puedo imaginar. Mucho menos en el funcionamiento de las agallas en los peces, pero, en común han de tener esa capacidad de facilitar el paso del oxígeno.

    Seguro que los biólogos han estudiado si hay alguna semejanza entre el paso de los renacuajos, de respiración acuática con branquias externas e internas después -generalmente,creo- a ranas adultas, de respiración aérea y la evolución de la respiración de los peces de acuática a aérea.

    A mi me parece un verdadero prodigio adaptativo. Gracias por la lección y un abrazo de fuerza nuclear fuerte.

  7. JavierL:

    Pensando un poco en las implicaciones de la noticia veo que neo me dejo sin argumentos y solo me queda sumarme a su 2.

    ¿Podría una evolución más lenta preparar las bases para la explosión de diversidad futura?
    ¿El registro fósil está incompleto y la evolución es más lenta como argumentaba Darwin?
    ¿O simplemente se necesitaba más oxígeno para que se diera el paso evolutivo?

    Yo me voy por la primera opción. Me parece sensato una evolución rápida cuando todos los nichos están vacíos y más lenta cuando ya están ocupados. Pero puede que se necesite tiempo para crear las diversas líneas evolutivas cuando se tiene un cambio tan grande como pasar de anaerobico a aerobico.

    Que asombroso cómo en la búsqueda del conocimiento una respuesta nos trae tantas preguntas mas

  8. Tomás:

    Respecto a tu penúltimo párrafo, JavierL, me parece lo contrario. Es decir si los nichos están vacíos no hay competencia y ello conlleva una evolución más lenta. Si los nichos está ocupados esa competencia impulsa una evolución más rápida.
    Y, respecto al último, así parece: cada respuesta multiplica las preguntas.
    Un abrazo.

  9. JavierL:

    Pues me asalta la duda, si las mutaciones son al azar y solo cuando surge una mutación beneficiosa tenernos una ventaja evolutiva. Con los nichos vacíos una gran cantidad de mutaciones pueden volverse beneficiosa.

    La competencia que más noto como aceleradora de la evolución es la de presa vs cazador y no una sin cazador.

    Pongamos un ejemplo mental. Con tres experimentos

    1.- Pongamos cinco Fuentes de alimento, y una bacteria que consuma una fuente. (Nichos vacíos)
    2.- cinco Fuentes y tres bacterias con alimentos distintos quedando dos focos libres (nichos medio vacíos)
    3.- una bacteria con cada foco (nichos llenos)

    Yo imagino menor evolución en términos de creación de nuevas especies en la última.

    Cuando una bacteria crea una nueva ruta metabólica en un nicho vacío la usa sin competencia y la mutación fue exitosa… Cuando la bacteria crea esa nueva ruta en un nicho lleno esa entra en competencia con bacterias que le llevan mucha delantera y son más eficientes, no veo cómo puede tener éxito a menos que haya un excedente de comida y la mutación es menos probable que sea exitosa (menor evolución)

    ¿Qué opinas amigo?

  10. JavierL:

    Repasando quiero acotar que hablo de la evolución en términos de crear nuevas especies como en el caso del artículo en cuestión por el tema de la explosión cámbrica y no en términos de cambios dentro de la misma especie.

    En ese segundo aspecto sí tendría que darte la razón que una competencia incentiva esos cambios.

    Pero difiero donde trata de crear nuevas especies como expuse en el comentario anterior

  11. Miguel Ángel:

    Queridos Tomás y “JavierL”:

    Para despejar algunas dudas, vuelvo a recomendar esta noticia y su comentario 21: http://neofronteras.com/?p=3880

    Sobre vuestra discrepancia sobre los nichos, creo que aciertas, amigo JavierL, especialmente con el ejemplo que has puesto de la explosión cámbrica. Es en ese periodo inicial de los pluricelulares cuando surgieron todo tipo de diseños y todos los grandes filos que han llegado hasta nuestro días. Según Gould la evolución ensaya, en esos primeros momentos, todas las soluciones posibles. Después, se fueron eliminando algunos diseños y simetrías, pero no han surgido filos nuevos.

    Abrazos.

  12. Tomás:

    He releído el artículo recomendado por Miguel Ángel y, aunque excelente, especialmente con el supercomentario 21 de Neo, creo que no nos resuelve la discrepancia. Así que vamos -o voy- a pensar desde el inicio por cuente propia. JavierL habla de nichos, pero ¿qué es un nicho vacío? Un nicho es, más que un lugar, un ambiente, o mejor, un ecosistema. En él puede haber una buena cantidad de especies, una determinada temperatura, un determinado sustrato material abiótico, etc. Por tanto he de pensar que cuando dice un nicho vacío habla de un nicho vacío para la especie de que se trate. O sea que no existan otros individuos de su especie. Pero ello no asegura falta de competencia por el alimento contra otras especies que ya ocupaban el nicho. Entonces, necesariamente habrá una evolución por parte de todos para mejorar y conseguir suficiente alimento.
    Si ya hay individuos de su misma especie, parece que el incentivo para evolucionar será mayor, dado que precisa diferenciarse cuanto antes de todos, incluida su especie. Y esa diferenciación y la separación local de su antiguo nicho puede perfectamente convertirla en una nueva especie según el concepto actual de esta división. No digo si, además existen depredadores que, sin duda, acelerarán cualquier evolución, ya que se añade otra competencia que es sobrevivir al enemigo.
    Así que parece me afirmo en mi pensamiento de que, a mayor competencia, más rápida evolución.

  13. JavierL:

    Estimado tomas, cuando hablo de nichos vacíos me refiero a una fuente de energía disponible que no esta siendo aprovechada por ninguna especie. como el ejemplo de la explosión cámbrica o los experimentos que imaginaba, o de todas las extinciones masivas.
    permite a muchas especies aprovechar esas nuevas rutas metabólicas sin competencia y lleva ala creacion de nuevas especies de forma rapida.

    como el nicho vacio dejado por los dinosaurios y llenado por los mamiferos,

  14. Tomás:

    Es que eso, mi querido JavierL, quizá sucedió una sola vez, o muy pocas veces, en los tiempos de LUCA o de mi querido PACU. Y si me hablas de la extinción de los dinosaurios y el aumento de los preexistentes mamíferos… pues ya existían, seguro prácticamente todos los nichos tal como yo los entiendo, no como entidades vacías.
    De todas formas, ten muy en cuenta mi gran aprecio hacia ti por importante que sea algún desacuerdo.
    Un gran abrazo.

  15. Miguel Ángel:

    Mis queridos amigos:

    La definición de un nicho no es una nueva fuente de energía disponible, querido JavierL, sino como una casilla vacía que está definida por muchas coordenadas como explican en el comentario 21 que posiblemente no has tenido tiempo de leer. Por ejemplo, de modo muy simple podemos definir el nicho vacío que ocuparon las esponjas como el de “animal+pluricelular+inmovil+filtrador”, pero podemos agregarle la coordenada “anclado”, “no autotermorregulable”, etc, etc.
    Esas coordenadas también están definidas por mínimos locales de energía y explican que algunas casillas no están ocupadas si están definidas por parámetros extremos. Por eso no hay ballenas de 400 metros ni musarañas enanas más pequeñas. En este último caso seguramente porque es un animal que vive al filo de los límites energéticos: si pesase lo que una persona tendría que comerse 90 hamburguesas CADA HORA.
    Y, querido Tomás, pues eso, que un nicho vacío no se ubica en un ecosistema vacío, salvo en el caso que mencionas de LUCA. Pero ya veo que en el penúltimo de tu 12, vienes a decir lo contrario que en tu 8, así que supongo que lo has reconsiderado.

    Más abrazos.

  16. Miguel Ángel:

    No se entiende a qué me refiero: a que reconsideras lo de que en un nicho vacío no hay competencia de tu 8.

  17. Tomás:

    Ciertamente no sé si te comprendo. Lo que sucede -creo, pero tampoco pierdo demasiado tiempo en reconsiderar- es que en mi 8 acepté más o menos la idea de nicho vacío tal como me parece que más tarde lo descri be JavierL y que, por fin yo manifiesto tal como ha de ser: vacío para alguna especie, pero no algo abiótico o con un sustrato mínimo posible solo para una especie.

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