¿Cuándo se oxigenaron los océanos de la Tierra?

¿Cuándo se oxigenaron los océanos de la Tierra?

Por :Emilio Jiménez

Nuevas medidas de los geoquímicos de la Universidad de Rochester han descubierto evidencias de que incluso hace 2.200.000 años, la cantidad de oxígeno en los océanos permanecía baja.

Nuevas medidas de los geoquímicos de la Universidad de Rochester han descubierto evidencias de que incluso hace 2.200.000 años, la cantidad de oxígeno en los océanos permanecía baja, quizá hasta el momento en que la vida multicelular comenzó a proliferar, hace unos cuantos cientos de millones de años.

La vida en la tierra ha estado modificando el entorno durante miles de millones de años. La fotosíntesis de las plantas verdes fue esencial para el desarrollo de nuestra actual atmósfera rica en oxígeno. La historia del crecimiento del oxígeno en la atmósfera y en el océano es compleja, de todas las maneras, y una parte significativa de oxígeno libre ha estado disponible en la atmósfera sólo durante los últimos 2.200.000 años. Ahora , nuevas medidas de los geoquímicos de la Universidad de Rochesterhan descubierto evidencias de que incluso hace 2.200.000 años, la cantidad de oxígeno en los océanos permanecía baja, quizá hasta el momento en que la vida multicelular comenzó a proliferar, hace unos cuantos cientos de millones de años. Su trabajo, publicado esta semana en la revista Science, ha sido financiado en parte por el Instituto de Astrobiología de la NASA y en parte con subvenciones del NSF y NASA. Su artículo es “Molybdenum isotope evidence for widespread anoxia in mid-Proterozoic oceans”, por G.L. Arnold, A.D. Anbar, J. Barling y W.T. Lyons.

Las nuevas evidencias para un océano relativamente anóxico (libre de oxígeno) durante el período Proterozoico tiene algunas implicaciones para la astrobiología. Nos previene de que se necesita información adicional para determinar las concentraciones reales de oxígeno en la atmósfera y en el océano durante el Proterozoico. Sugiere la posibilidad de que el relativamente reciente crecimiento del oxígeno en el océano puede haber sido un importante estímulo medioambiental para la evolución de la vida multicelular. Y el trabajo también procura contribuciones importantes a los esfuerzos encaminados a determinar qué señales de vida se pueden detectar en la atmósfera de los planetas que orbitan otras estrellas. Para interpretar el espectro atmosférico de los planetas extrasolares, se necesita comprender cómo relacionar el oxígeno atmosférico con la evolución de la biosfera. Los astrobiólogos están interesados particularmente en posibles marcas atmosféricas de vida microscópica, puesto que la Tierra ha sido un planeta “microbiano” hasta hace relativamente poco.

Como se dice en su nota de prensa, el equipo de investigación es pionero en un nuevo método que revela cómo el oxígeno del océano puede haber cambiado globalmente. Previamente, los geoquímicos desarrollaron métodos para detectar señales de oxígeno antiguo en áreas particulares, pero no en los océanos terrestres al completo. “Esta es la mejor prueba directa de que los océanos en general tuvieron menos oxígeno durante ese tiempo”, dice Gail Arnold, un estudiante de doctorado de Ciencias de la Tierra y Medio Ambiente de la Universidad de Rochester y principal responsable de la investigación.

Arnold examinó rocas del Norte de Australia que estuvieron en el suelo oceánico hace mil millones de años, utilizando el nuevo método desarrollado por ella y sus coautores. Su instrumento – llamado Múltiple Collector Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer – fue utilizado para examinar la química de los isótopos de molibdeno de las rocas. El molibdeno es un elemento que una vez llegado al océano se disuelve en el agua salada y puede permanecer disuelto durante cientos de miles de años. Al estar disuelto tanto tiempo, el molibdeno se mezcla en el océano, creando un excelente indicador global. El equipo de investigación aprendió que el comportamiento químico de los isótopos de molibdeno en los sedimentos difiere dependiendo de la cantidad de oxígeno de las aguas, y como resultado, que la química de los isótopos de molibdeno en los océanos depende de la cantidad de agua pobre en oxígeno. Comparado con ejemplos indicaron océanos con mucho menos oxígeno.

Su nota de prensa señala que saber “¿cuánto oxígeno de menos?” es la siguiente pregunta. Un mundo lleno de océanos anóxicos podría haber tenido serias consecuencias para la evolución. Las Eucariotas, el tipo de células que crean todos los organismos excepto las bacterias, aparecieron en el registro geológico hace 2.700.000 millones de años, pero los eucariotes multicelulares no aparecieron hasta mucho después. Uno de los autores del artículo Arien Anbar, de la Universidad de Rochester, sugirió previamente (junto con el paleontólogo Andrew Knoll de la Universidad de Harvard) que un período extendido de océanos anóxicos puede ser la clave para el por qué los eucariotes más complejos sufrían para sobrevivir mientras que sus prolíficos primos bacteriológicos prosperaban.

“Es destacable lo poco que sabemos acerca de la historia de los océanos de nuestro propio planeta”, dice Anbar. “Si hubo o no oxígeno en los océanos es realmente una cuestión química sencilla que cabría pensar fácil de contestar. Esto demuestra lo duro que es consolidar información de los registros rocosos y cuánto más hay por aprender acerca de nuestros orígenes”.

Para localizar al trabajo en su contexto, Anbar lanzó la cuestión acerca de si el nuevo trabajo es consistente con las estimaciones de oxígeno en la atmósfera Proterozoica y en los océanos. Se dio cuenta de que las pistas importantes que apuntaban a un crecimiento del oxígeno atmosférico desde “casi nada” hasta “algo” alrededor de hace 2.200.000 años eran:

a) Cese de deposiciones de formaciones férricas en los océanos (BIF)

b) Aparición de minas terrestres

c) Desaparición de minerales fácilmente oxidables depositados en medios terrestres

d) Desaparición de señales de masas independientes de isótopos de sulfuro en sedimentos marinos

De estos, los últimos tres tienen que ver con el oxígeno en la atmósfera, sólo el primero (la interpretación del BIF) es potencialmente contradictoria en términos de cantidad de oxígeno en los océanos. Para acabar con la deposición BIF, se necesita cambiar la química oceánica de tal forma que el hierro se disuelva en los océanos y, por tanto, ese sulfato crearía fallas BIF marcadamente. Pero hay al menos dos formas de lograrlo: o bien a través de cambios en el oxígeno disponible, o mediante sulfuros de hierro. Anbar indica que Don Canfield ha sugerido que el aumento inicial de oxígeno atmosférico permitió un incremento en las existencias de sulfato en los océanos, y que los microbios consumidores de sultato convirtieron a los océanos en sulfúricos durante mil millones de años. También es probable que las BIF fueran depositadas en momentos muy breves de tiempo. En este caso, pudieron reflejar condiciones provocadas por grandes erupciones volcánicas más que indicar el estado aproximado de los océanos durante este período de mil millones de años.

También podemos preguntar cómo pudieron los océanos estar en contacto con una atmósfera oxigenada durante mil millones de años sin convertirse en ricos en oxígeno. Anbar comenta que tenemos una analogía similar hoy en el Mar Negro, el cual es anóxico a pesar de nuestra atmósfera rica en oxígeno. La historia del oxígeno contenido en los océanos no está en equilibrio con el de la atmósfera. El oxígeno se equilibra con existencias, la mayoría se nivela mediante equilibrio en la superficie y la mezcla física en la profundidad contra la pérdida, la mayoría debido a la biota, oxígeno consumido en el curso de la respiración aeróbica. Esa pérdida del ratio de oxígeno es dictada en gran medida por la existencia de carbono orgánico en la superficie oceánica, puesto que es durante la respiración aeróbica de tal carbono orgánico cuando el oxígeno es consumido.

En el Mar Negro, el agua profunda es anóxica debido a la confluencia de dos factores: Producción primaria en la superficie oceánica que proporciona carbono orgánico a las profundidades (el orgánico se establece en el fondo), combinado con la lenta mezcla del sistema, la cual inhibe el suplemento de agua oxigenada de la superficie a la profundidad. En el Proterozoico, Anbar piensa que es razonable postular que la biota marina fuese comparablemente productiva. Con una atmósfera que tenía un porcentaje bajo de oxígeno, esta actividad microbiana puede haber mantenido los océanos anóxicos. Por lo tanto, la ausencia de oxígeno en los antiguos océanos no es evidencia de bajos niveles de actividad biológica, pero puede realmente deberse en parte la producción de una activa biota anaeróbica en los océanos. Esos microbios activos pueden haber sido en su mayoría bacterias y archaeas, de todos modos, no fueron los eucariotes los que desempeñaron un papel tan importante en la vida de la Tierra hoy.

Esta investigación sugiere que tenemos mucho por determinar en la historia del oxígeno en la atmósfera de la Tierra y en el océano. El Proterozoico parece ser un período clave en la historia de la biota Terrestre. Esto es cuando la atmósfera fue (quizá de forma muy gradual) cambiando a una composición rica en oxígeno. También es el tiempo en el cual la vida se fue preparando para la “Explosión Cámbrica”, cuando las formas de vida multicelulares y tipos de cuerpo complejos se convirtieron en comunes. Debido a que el registro fósil del Proterozoico es muy escaso, los científicos saben relativamente poco acerca del curso de la evolución durante este período de más de mil millones de años. Según vayamos aprendiendo más acerca de esta parte crucial de la historia de la Tierra, los astrobiólogos podrán identificar mejores métodos para buscar evidencias de planetas habitados alrededor de otras estrellas.

Gracias a Ariel Anbar por proporcionarnos una copia de este documento y comentarnos su importancia.