Los científicos están cada vez más cerca de desentrañar los secretos de la oxigenación de la biosfera de la Tierra, los océanos y la atmósfera. Una nueva investigación demuestra que los organismos como las plantas vasculares han aparecido y evolucionado en condiciones de oxígeno más baja de lo que se pensaba. Ariel Anbar, biogeoquímico del Estado de Arizona, y un equipo internacional de científicos, utilizando técnicas pioneras en la Universidad Estatal de Arizona, han encontrado que la aparición de los peces depredadores de gran tamaño..
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Oxígeno: Desentrañando los secretos de su evolución
Los científicos están cada vez más cerca de desentrañar los secretos de la oxigenación de la biosfera de la Tierra, los océanos y la atmósfera. Una nueva investigación demuestra que los organismos como las plantas vasculares han aparecido y evolucionado en condiciones de oxígeno más baja de lo que se pensaba. Ariel Anbar, biogeoquímico del Estado de Arizona, y un equipo internacional de científicos, utilizando técnicas pioneras en la Universidad Estatal de Arizona, han encontrado que la aparición de los peces depredadores de gran tamaño, así como plantas vasculares hace aproximadamente 400 millones de años, coincidió con un aumento en el oxígeno, a los niveles comparables a los que experimentamos hoy en día. Si esto es así, entonces los animales que aparecieron desde antes de ese momento se desarrollarron bajo condiciones de oxígeno muy inferiores a lo que se pensaba.
"Ha habido mucha especulación en los últimos años acerca de si el oxígeno en la atmósfera se mantuvo constante o variable en los últimos 500 millones de años", explicó Anbar, que dirige el Programa de Astrobiología de la ASU. "Esta es la época en la que los animales y las plantas de la tierra surgieron y florecieron. Así que es una pregunta profunda para comprender la historia de la vida. Estos nuevos resultados no sólo sugieren que los niveles de oxígeno variaron, sino también que la variación tuvo consecuencias directas para la evolución de la vida compleja".
La Tierra tiene 4.500 millones de años. La vida microbiana probablemente ha prosperado en los océanos durante la mayor parte de ese tiempo. Sin embargo, hasta hace unos 2.300 millones de años, la atmósfera contenía sólo trazas de oxígeno. Durante ese tiempo, algunos microbios en los océanos habrían generado el oxígeno como subproducto de la fotosíntesis. Sin embargo, las cantidades que produjeron no fueron suficientes como para acumular tanto en la atmósfera y los océanos.
La situación cambió con el "Gran Evento de Oxidación", hace 2.300 millones de años. Los niveles de oxígeno subieron otra vez alrededor de hace 550 millones de años. Los animales aparecen por primera vez en el registro fósil en este momento, marcando el comienzo de una época que los geólogos llaman el "Fanerozoico" - una palabra griega que significa "evidencia de animales". Este nuevo trabajo explora cómo los niveles de oxígeno cambiaron durante el Fanerozoico.
El nuevo estudio fue dirigido por Tais W. Dahl cuando era un estudiante de postdoctorado en Harvard. Dahl pasó varios meses en el laboratorio de Anbar en ASU durante su investigación de postgrado para aprender a hacer las mediciones necesarias. Este trabajo fue apoyado por la Fundación Nacional Danesa de Investigación, el Consejo Danés de Investigación Independiente, el Consejo Sueco de Investigación, el equipo del Instituto de Astrobiología de la NASA en ASU y el Programa de Exobiología de la NASA.
Dahl volvió a ASU para realizar las mediciones para este estudio, que involucró a medir las cantidades relativas de los diferentes isótopos del elemento molibdeno en las rocas llamadas "pizarras". Estas rocas se forman a partir de los sedimentos oceánicos antiguos. Los isótopos son átomos de un elemento, en este caso del molibdeno, que difieren sólo en su masa y por lo tanto se pueden distinguir fácilmente entre sí. El molibdeno tiene siete isótopos estables. Las reacciones químicas de los isótopos pesados fraccionan la luz. Por ejemplo, el carbono 12 se enriquece con tres por ciento en las plantas relacionadas con el carbono en el dióxido de carbono en la atmósfera. Del mismo modo, los isótopos de molibdeno se fraccionan durante su eliminación del agua de mar en los sedimentos oceánicos. La magnitud de este fraccionamiento es sensible a la presencia de oxígeno.
"Los datos de Tais indican que los primeros animales evolucionaron en un ambiente con menos oxígeno que en la actualidad", dijo Anbar. El evento oxigenación recién descubierto explicaría la aparición desconcertante de estos peces en el registro fósil. "Siempre es satisfactorio cuando se puede demostrar cómo un cambio ambiental lleva a la evolución biológica", explicó Anbar.
"Pero el puntapié real es que estos datos también nos muestran lo contrario, que la innovación biológica puede impulsar mediante el cambio del medio ambiente", continúa Anbar. Señala el hecho de que las plantas vasculares también aparecen en el registro fósil hace unos 400 millones de años. Los cuerpos de estas plantas se descomponen con dificultad, por lo que es más fácil para el carbono orgánico ser enterrado en los sedimentos. Cuando esto sucede, el carbono orgánico - producido por la fotosíntesis - no está disponible para la reacción con el oxígeno. La consecuencia es un aumento en la cantidad de oxígeno en el ambiente.
La innovación biológica de plantas vasculares llevó al entierro de más carbono, y por lo tanto más oxígeno. Entonces, el aumento en el oxígeno hizo posible que los animales más grandes evolucionaran. "Este es un gran ejemplo de lo que llamamos "co-evolución" de la vida y el "medio ambiente", afirmó Anbar. "Los geocientíficos hablan mucho esta idea, pero rara vez se encuentran ejemplos tan buenos."