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Microfotografías de fluorescencia de cianobacterias. Foto: Mary Sarcina University College London.

Hace 2500 millones de años las cianobacterias (procariotas productoras de oxígeno) fueron las responsables de iniciar un proceso mediante el cual la concentración de oxígeno atmosférico pasó de menos del 1% a cerca del 20%.
Estos seres primitivos realizaron esa proeza gracias a la fotosíntesis, que a partir de luz solar, agua y dióxido de carbono produce oxígeno y azúcares. Produjeron el cambio medioambiental más importante en la historia del planeta Tierra. Los descendientes directos de estas cianobacterias todavía están entre nosotros, e incluso algunas se han transformado en los cloroplastos de las plantas modernas.
Pero los investigadores siempre se han preguntado cómo se las apañaron para producir ese oxígeno sin envenenarse a sí mismas. El ADN puede romperse o degradarse en la presencia de radicales hidroxílicos que se producen en presencia de oxígeno. La cianobacterias debieron de crear las enzimas necesarias que les protegieran de ese daño. Pero, ¿cómo evolucionó dicha enzima si la necesidad de ella ni siquiera existía? Los investigadores han estado debatiendo este asunto desde hace tiempo.
Ahora dos grupos de investigadores del California Institute of Technology ofrecen una explicación de cómo las cianobacterias podrían haber evitado esta contradicción. Yuk Yung y Joe Kirschvink proponen que la luz ultravioleta del sol puede escindir las moléculas de agua presentes en el hielo de los glaciares y liberar oxígeno. La presencia de este oxígeno, que sería un tóxico para las formas de vida primitiva de la época, habría hecho que se desarrollaran por selección natural en gran variedad de microbios, que incluiría las cianobacterias, las enzimas necesarias para protegerse del gas.
Antes de que el oxigeno apareciera en la atmósfera no había capa de ozono en la atmósfera y la radiación ultravioleta (UV) alcanzaba fácilmente la superficie. Cuando la luz UV alcanza el vapor de agua produce peroxido de hidrógeno (agua oxigenada). Pero este peróxido no dura mucho en la atmósfera. Sin embargo, si en lugar de vapor de agua tenemos hielo, una pequeña cantidad de peróxido se produce bajo el mismo proceso y queda atrapado (el agua oxigenada se congela a -1 grado centígrado). Este mismo proceso se produce en la Antártida debido al agujero en la capa de ozono que sobre allí hay.
Al derretirse el hielo de los glaciares suministrarían agua cargada peróxido y oxígeno al mar. Las formas de vida de la época fueron seleccionadas para producir las enzimas necesarias para evitar los efectos tóxicos de este gas.
Además estas enzimas allanaron el camino para el desarrollo posterior de la respiración aeróbica y, por tanto, de la vida animal.
Según los proponentes de la teoría de la bola de nieve, los océanos de la Tierra estuvieron cubiertos por una capa gruesa de hielo. La vida pudo sobrevivir al ese evento porque había lugares un poco más cálidos y descongelados. Esa hiperglaciación debió de finalizar hace 2300 millones de años, justo en un momento en el que las cianobacterias desarrollaron la capacidad fotosintética de producir oxígeno.
Durante el evento de la «bola de nieve» se pudo almacenar tanto peróxido de hidrógeno en el hielo como oxígeno hay hoy en día.
Como prueba a esta teoría los investigadores aportan la existencia de los depósitos de manganeso del Kalahari, que representan el 80% de las reservas mundiales de este metal. Estos depósitos están justo encima del estrato geológico correspondiente a la bola de nieve.
Se creía que la eclosión de las cianobacterias se dio justo después de que la glaciación produjera el manganeso fuera del las aguas marinas, pero sería más simple pensar que el oxígeno procedente de la descomposición del peróxido lo hiciera después del periodo de bola de nieve.
Se propuso con anterioridad el posible papel jugado por el peroxido como precursor de la fotosíntesis, pero hasta ahora no se había identificado ninguna fuente inorgánica de este compuesto.

Fuentes: Astrobiology, Caltech.
Referencia: Artículo del 12 de diciembre en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Introduction to the Cyanobacteria.