Nuestra luna ayudó a los microbios a producir oxígeno en la Tierra

Si los viajeros en el tiempo pudieran aventurarse de regreso a la Tierra antigua, digamos unos tres mil millones de años antes de la actualidad, sería prudente traer soporte vital. Eso es porque el planeta tenía tan poco oxígeno en ese momento que se asfixiarían rápidamente. Sin aire respirable, los exploradores temporales no sobrevivirían lo suficiente para presenciar otra peculiaridad de la Tierra primitiva: que el sol saldría quizás cada 16 a 17 horas. Ahora, una nueva teoría sostiene que la superposición entre días cortos y oxígeno mínimo podría ser más que pura coincidencia.

Los investigadores han estado desconcertados durante mucho tiempo sobre la forma en que el oxígeno de la Tierra parece haber aumentado de manera vacilante con el tiempo. El planeta comenzó casi sin oxígeno, pero luego parece haber aumentado abruptamente a aproximadamente un pequeño porcentaje de su abundancia actual hace unos dos mil millones de años, un episodio denominado el Gran Evento de Oxidación.

A continuación, el oxígeno se estabilizó durante un período de tiempo que los científicos llaman los aburridos mil millones de años, antes de otro fuerte aumento. ¿A quién podemos agradecer todo este oxígeno respirable? Los biólogos asumen el mérito de la fotosíntesis de los microbios, que liberan oxígeno mientras producen energía a partir de la luz solar.

Excepto que el momento es incorrecto. Estos microbios probablemente evolucionaron mucho antes del primer salto de oxígeno, y no está claro qué pudo haberlos frenado durante los aburridos mil millones.

“Si la fotosíntesis oxigénica está impulsando el aumento de oxígeno, entonces ¿por qué dejó de aumentar durante tanto tiempo y se reinició de nuevo?” dice Arjun Chennu, ecologista y científico de datos en el Centro Leibniz de Investigación Marina Tropical en Alemania.

Cómo la luna pudo haber oxigenado la Tierra

A lo largo de los años, han surgido muchas ideas para explicar los saltos de oxígeno. El gas volcánico, que absorbe oxígeno, podría haber disminuido. O quizás el ambiente primitivo carecía de los nutrientes necesarios para que prosperasen las cianobacterias (esos microbios productores de oxígeno).

Pero una sugerente coincidencia despertó la curiosidad de Judith Klatt, ahora microbiólogo del Instituto Max Planck de Microbiología Marina: a medida que aumentaban los niveles de oxígeno, los días se alargaban.

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Cerca del comienzo de su existencia, la Tierra completó una rotación completa una vez cada seis horas más o menos. Pero a medida que se formaron los océanos, y la atracción gravitacional de la luna sacudió esos océanos de un lado a otro a través de la corteza, la fricción ha alargado gradualmente la rotación del planeta hasta nuestras 24 horas actuales (y los días continúan alargándose, creciendo cada vez más). una centésima milésima

de un segundo cada año).

Pero esa desaceleración extremadamente gradual no ha sido constante. Una teoría común sostiene que dos tipos de mareas, algunas en el océano y otras en la atmósfera, pueden haberse opuesto y neutralizado entre sí y haber mantenido el día estable en 21 horas durante quizás mil millones de años, una tregua que coincide con los aburridos mil millones, y el oxígeno aumenta que lo reservó.

Klatt se acercó a Chennu para averiguar los detalles de cómo los microbios de la época podrían haber respondido a días más largos. Gracias a su trabajo postdoctoral en la Universidad de Michigan, estaba íntimamente familiarizada con las esteras microbianas, las capas milimétricas de cianobacterias y una multitud de otros organismos que se adhirieron a las rocas y sedimentos costeros durante gran parte de la historia de la Tierra. Sospechaba que su producción de oxígeno podría depender de la duración del día.

El modelo que se le ocurrió a Chennu sugirió que sí. Fundamentalmente, la producción de oxígeno dependía de la rapidez con que cambiaba la luz del día. Cuando la Tierra giraba demasiado rápido, las cianobacterias no podían aumentar hasta su máxima producción de oxígeno antes de que llegara el anochecer. Pero a medida que la rotación diaria de la Tierra se desaceleró, pudieron alcanzar su máximo potencial de producción de oxígeno.

“Es un efecto muy pequeño, pero trabajando todos los días soleados durante millones de años, puede producir cambios que creemos que son de importancia global”, dice Chennu. El equipo publicó sus resultados el lunes en Naturaleza Geociencia.

Para probar su modelo simple contra el desorden de la realidad, los buzos recuperaron muestras de esterillas microbianas del lago Huron. Se trataba de colonias complejas con muchos tipos de microbios, incluidos algunos que compiten con las cianobacterias por la posición principal de absorción del sol en la parte superior de la estera.

Bajo el agua, un buzo se acerca a una alfombra roja y blanca de bacterias que parece un filete crudo gigante.
Las esteras microbianas, como las que se ven en el sumidero de Middle Island del lago Huron, ayudaron a los investigadores a probar su hipótesis. Phil Hartmeyer, Santuario Marino Nacional de Thunder Bay de la NOAA

Cuando los investigadores simularon la duración del día de 12, 16, 21 y 24 horas utilizando luz artificial, las esteras expulsaron la mayor cantidad de oxígeno en los días más largos; de hecho, más de lo que predijo el modelo inicial.

Mirando hacia el futuro en busca de más pistas sobre el pasado

Los investigadores señalan que sus conclusiones se basan en varios supuestos. Las esteras microbianas deben haber sido abundantes, por ejemplo, como sugiere el registro fósil. Pero el conocimiento de los investigadores sobre la tasa de rotación de la Tierra y la abundancia de oxígeno en el pasado también es bastante confuso y circunstancial.

“Hace mucho tiempo”, dice Klatt. “Las rocas más antiguas tienen 3.800 millones de años y son muy raras.

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Pero si la pausa en el giro de la Tierra realmente se alinea con los aburridos mil millones, su teoría maneja el resto. Días más largos condujeron a más oxígeno, hasta que las cianobacterias pudieron superar la capacidad natural de la Tierra para absorber oxígeno, lo que provocó el Gran Evento de Oxidación. Luego, el giro se estabilizó para los aburridos mil millones. Finalmente, los días empezaron a alargarse de nuevo y el oxígeno volvió a subir. Mucho más tarde, los bosques en crecimiento tomaron el control y aumentaron el oxígeno a sus niveles modernos.

Las teorías anteriores que explican el Gran Evento de Oxidación también podrían haber contribuido, dice Klatt. La nueva idea de la duración del día se suma a sus efectos, en lugar de competir con ellos. “Probablemente hay un trillón de otros mecanismos que operan al mismo tiempo”, dice Klatt.

A continuación, el equipo espera que otros investigadores refinen su estimación sencilla de cómo la producción diaria de oxígeno podría conducir a cambios a largo plazo en la atmósfera. También esperan con interés los escondites aún sin cubrir de rocas antiguas que podrían servir como instantáneas más nítidas de la Tierra primitiva. Y las rocas lunares, que se recuperarán en misiones futuras, podrían contener un registro más detallado de cómo la luna ha ralentizado la Tierra a través de las mareas a lo largo del tiempo. Cualquiera de estas líneas de evidencia podría iluminar la conexión entre el giro del planeta y el aire que respiramos.

“Esperamos que este mecanismo pueda ser una especie de eje para pensar en este aburrido problema de mil millones de años”, dice Chennu.

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