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Diversos estudios arrojan cierta luz sobre Evento de Gran Oxidación, lo que sucedió después y por qué la vida compleja tardó tanto en aparecer.

Muchas veces pensamos que la Tierra es un planeta con suerte, pues en él se han podido mantener las condiciones para la vida durante miles de millones de años.

Obviamente, es un planeta con mucha más suerte que otros en los que la vida no ha tenido la más mínima oportunidad. Sin embargo, la Tierra sólo podrá mantener estas condiciones durante, a lo más, 1000 millones de años, mucho menos para la vida compleja.

Si nos fijamos en todo ese lapso de 5000 millones de años desde que apareció la vida hasta que esta se extinga, sólo unos 1200 millones de años, redondeando los números, corresponden a la vida compleja, de los cuales ya hemos gastado unos 600 millones de años. La vida compleja pluricelular en la Tierra ya no parece que haya tenido tanta suerte.

La vida apareció hace unos 3800 millones de años y la fotosíntesis del agua unos 100 millones de años más tarde. Pero los primeros seres multicelulares marinos lo hicieron hace sólo unos 600 millones de años. Hace 470 millones de años aparecieron las primeras plantas terrestres y los primeros animales (artrópodos) en adentrarse en tierra firme lo hicieron hace 428 millones de años

El gran misterio es por qué durante 3600 millones de años sólo hubo vida microbiana sobre este planeta. Tuvo que haber razones para ello. En una primera instancia se podría pensar que la biología necesita de todos esos años de evolución para hacerse compleja. Pero esto es algo que últimamente la comunidad científica rechaza.

Un factor importante que se suele señalar es el del nivel de oxígeno libre atmosférico. Sin oxígeno en abundancia no hay posibilidades de que exista un metabolismo rápido que alimente una evolución rápida, o que permita tejidos especializados, o la depredación activa y su carrera de armamentos con sus sistemas nerviosos en competición, visión, etc. Finalmente, cuando hubo oxígeno de dio todo eso y finalmente permitió la aparición de la mente avanzada y del “pensamiento” reinante en la actualidad.

El oxígeno libre es producido generalmente por la fotosíntesis, pero esta apareció muy pronto sobre la Tierra, una vez que las fuentes de sulfuro de hidrógeno empezaron a agotarse y las bacterias púrpuras del azufre evolucionaron para realizar la fotosíntesis del agua en lugar de usar ese compuesto. Sin embargo, pese a esta producción temprana de oxígeno, este no se acumulaba en la atmósfera.

Todo cambió hace 2400 millones de años, cuando los niveles de oxígeno subieron súbitamente hasta multiplicarse varias veces. Es lo que se ha llamado Evento de Gran Oxidación (EGO). Cuánto subió es materia de debate.

La realidad es que no se sabe muy bien por qué se mantuvieron tan bajos esos niveles, pero normalmente se han sugerido razones geológicas. Aunque tampoco hay consenso sobre si esos nuevos niveles de oxígeno tras el EGO eran lo suficientemente altos para la vida o no. Esto hace que el tema del EGO, lo que ocurrió antes y lo que pasó después sea uno de los temas de investigación favorito entre los geólogos. Ahora se publican dos estudios al respecto.

En el primer estudio, un grupo de investigadores de University of Exeter trata de explicar por qué los niveles de oxígeno anteriores y posteriores al EGO eran tan bajos pese a la existencia de fotosíntesis.

Tim Lenton y Stuart Daines crearon un modelo computacional para explicar por qué los niveles fueron establemente bajos sin poder despegar durante más de 2000 millones de años una vez se dio el EGO y por qué no se alcanzaron los niveles modernos de oxígeno de los que hemos disfrutado durante los últimos 600 millones de años hasta mucho más tarde.

Según estos investigadores, la materia orgánica de las células microbianas muertas se acumulaba en las rocas sedimentarias. Una vez se dio el EGO, la tectónica empujó estas rocas sedimentarias hacia la superficie y estas reaccionaban con el oxígeno libre oxidándose, por lo que se retiraba oxígeno de la atmósfera.

Cuanto más oxígeno había en la atmósfera más rápido se daba esta reacción, de tal modo que se tenía un sistema autorregulado que consumía oxígeno al mismo ritmo que era producido.

Según estos investigadores, este sistema sólo fue roto cuando aparecieron las plantas terrestres, que doblaron la producción de oxígeno hasta alcanzar los niveles modernos. Finalmente, esto ayudó a los animales a colonizar tierra firme.

Según este modelo los niveles de oxígeno tras el EGO fueron sólo un 10% los actuales durante 2000 millones de años.

Según Lenton la vida terrestre estaba atrapada en un bucle. No era posible que evolucionara vida compleja debido a la carencia en oxígeno, pero lo niveles de este no podían subir porque las plantas no habían evolucionado al no haberse dado la vida compleja.

“La historia de la vida sobre la Tierra está íntimamente enhebrada con los mecanismos físicos y químicos de nuestro planeta. Está claro que la vida tuvo un profundo papel en la creación del mundo al que estamos acostumbrados y el planeta ha afectado de modo similar la trayectoria de la propia vida. Creo que es importante que la gente sea consciente del milagro de su propia existencia y reconozca cómo de sorprendente es este planeta”, añade.

En el segundo estudio, más experimental, investigadores de University of St. Andrews liderados por Aubrey Zerkle han estudiado rocas sudafricanas de la época en la que se dio el EGO. Gracias a ello consiguen arrojar cierta luz a los cambios que se dieron en la química terrestres en esa época y rellenar una laguna de conocimiento de 400 millones de años en el registro geoquímico de la Tierra.

Entre otras cosas han conseguido deducir la respuesta del ciclo del nitrógeno a través de esta gran transición del EGO. Hay aspectos particulares del ciclo del nitrógeno que lo hacen particularmente sensible a la presencia de oxígeno. Comprender el ciclo del nitrógeno en la historia de la Tierra es importante porque este controla la producción global primaria, que, a cambio, regula el clima, la meteorización de las rocas y la cantidad de oxígeno en la superficie.

También han podido determinar que este evento no fue instantáneo, sino que se produjo a lo largo de cientos de millones de años.

Aunque en estudios anteriores se apuntaba a estos aspectos, el registro geoquímico de la época presentaba numerosas lagunas que este nuevo estudio consigue rellenar.

Estos investigadores analizaron la composición isotópica de testigos de roca extraídos cerca de la ciudad de Donkerhoek en Sudáfrica. Esto les permitió recrear las condiciones ambientales durante el EGO.

Han encontrado que la primera aparición de nitratos a escala global coincide con la primera subida de los niveles atmosféricos de oxígeno.

Deducen que durante el EGO la concentración de oxígeno aumentó en cuatro órdenes de magnitud hasta casi alcanzar los niveles modernos.

Si ya había tanto oxígeno, ¿por qué la vida compleja tardó tanto en aparecer?

Parte de la respuesta puede estar en otros estudios que han analizado las trazas de selenio en rocas sedimentarias, que indican la cantidad de oxígeno libre en la atmósfera durante 2000 millones de años.

Durante 250 millones de años tras el EGO estos niveles de oxígeno fueron muy altos. El ciclo del selenio fue perturbado de tal manera que había suficiente oxígeno como para generar nitratos y potencialmente dar soporte a la vida compleja. Sin embargo, luego los niveles de oxígeno bajaron de nuevo y ya no fue posible que apareciera la vida compleja. Simplemente no hubo suficiente tiempo evolutivo para la emergencia de eucariotas y pluricelulares.

Todos estos estudios nos pueden ayudar a entender mejor no solamente el pasado y nuestros orígenes, sino además a conocer cómo funciona la geoquímica terrestre, lo que nos permitirá saber mejor cómo responderá la Tierra a los cambios que el ser humano está introduciendo.

Además, estos estudios nos facilitarán la tarea de saber qué exoplanetas pueden ser propicios para la vida.

Puede que haya otros planetas con mucha más suerte que la Tierra en la que la vida compleja se prolongue durante muchos miles de millones de años, ¿qué formas de vida pueden haber evolucionado en todo ese tiempo?

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Fuentes y referencias:
Artículo original I.
Artículo original II.
Imagen de cabecera: La Tierra vista por Rosetta (ESA).