Según un nuevo estudio, el oxígeno pudo empezar a acumularse en la atmósfera gracias a las interacciones entre ciertos microbios marinos y los minerales de los sedimentos oceánicos
Durante los primeros 2.000 millones de años de existencia de la Tierra, apenas había oxígeno en la atmósfera. Y si bien es cierto que al final de ese período ya existían algunos microbios capaces de hacer la fotosíntesis, el oxígeno liberado por ellos no era, ni con mucho, suficiente para tener un impacto global.
Sin embargo, hace unos 2.300 millones de años todo cambió, y el oxígeno empezó a acumularse en la atmósfera de forma masiva, hasta alcanzar los niveles necesarios para que la vida respirara tal y como lo hacemos hoy. Los científicos conocen ese 'algo' como 'Gran Evento de Oxigenación' (GOE por sus siglas en inglés), pero qué fue exactamente lo que lo provocó sigue siendo uno de los mayores misterios de la ciencia.
Ahora, un equipo de investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), acaba de proponer una nueva hipótesis, según la cual el oxígeno pudo empezar a acumularse gracias a las interacciones entre ciertos microbios marinos y los minerales de los sedimentos oceánicos. Dichas interacciones, según se explica en un artículo publicado en 'Nature Communications', ayudaron a evitar el consumo de oxígeno, lo que desencadenó un proceso de amplificación en el que más y más oxígeno iba quedando disponible para acumularse en la atmósfera.
El estudio, el primero que conecta la evolución de microbios y minerales con el Gran Evento de Oxigenación, se llevó a cabo por medio de análisis matemáticos y evolutivos. Los investigadores demostraron que, de hecho, ya existían microbios antes de la gran oxigenación, y que esos microbios desarrollaron la capacidad de interactuar con los sedimentos de la forma propuesta.
"Probablemente -explica Daniel Rothman, autor principal del artículo- el cambio biogeoquímico más importante en la historia del planeta fue la oxigenación de la atmósfera. Mostramos cómo las interacciones de los microbios, los minerales y el entorno geoquímico actuaron en conjunto para aumentar el oxígeno en la atmósfera”.
De un equilibrio a otro
Los niveles actuales de oxígeno atmosférico son un equilibrio estable entre los procesos que producen oxígeno y los que lo consumen. Antes del GOE, la atmósfera mantenía un tipo diferente de equilibrio, con productores y consumidores de oxígeno que también estaban equilibrados, aunque de una manera que no dejaba mucho oxígeno extra para la atmósfera. ¿Pero qué podría haber empujado al planeta de un estado estable y deficiente en oxígeno a otro estado estable y rico en oxígeno?
"Si miras la historia de la Tierra -explica Gregory Fournier, coautor de la investigación-, parece que hubo dos saltos, en los que se pasó de un estado estable de poco oxígeno a un estado estable de mucho más oxígeno: una vez en el Paleoproterozoico, otra vez en el Neoproterozoico. Estos saltos no pueden deberse a un aumento gradual del exceso de oxígeno. Tuvo que haber algún circuito de retroalimentación que causó este cambio radical en la estabilidad”.
En busca de ese mecanismo, los investigadores se preguntaron si un ciclo de retroalimentación tan positivo podría provenir de algún proceso en el océano que hizo que parte del carbono orgánico no estuviera disponible para sus consumidores. El carbono orgánico se consume principalmente a través de la oxidación, generalmente acompañada por el consumo de oxígeno, un proceso mediante el cual los microbios marinos usan oxígeno para descomponer la materia orgánica. Por lo que el equipo se preguntó: ¿Podría haber algún proceso por el cual la presencia de oxígeno estimuló su mayor acumulación?
Para averiguarlo, los autores del estudio elaboraron un modelo matemático que hizo la siguiente predicción: si los microbios poseyeran la capacidad de oxidar solo parcialmente la materia orgánica, esa materia parcialmente oxidada, o 'POOM', se volvería efectivamente 'pegajosa' y se uniría químicamente a los minerales de una manera que los protegería de una mayor oxidación. Por lo tanto, el oxígeno que de otro modo se habría consumido para degradar completamente el material estaría libre para acumularse en la atmósfera. Los investigadores descubrieron que este proceso podría funcionar como una retroalimentación positiva, proporcionando una bomba natural para empujar la atmósfera hacia un nuevo equilibrio alto en oxígeno.
"Lo cual -prosigue Fourier- nos llevó a preguntarnos si existe un mecanismo natural que produzca POOM (materia parcialmente oxidada)".
Una pregunta lleva a la otra
Para hacer frente a la nueva pregunta, el equipo buscó en la literatura científica e identificó un grupo de microbios que oxidan solo parcialmente la materia orgánica en las profundidades del océano en la actualidad. Estos microbios pertenecen al grupo bacteriano SAR202, y su oxidación parcial se lleva a cabo a través de una enzima, la monooxigenasa de Baeyer-Villiger o BVMO.
Tras un análisis filogenético para ver cuánto tiempo atrás se podía rastrear el microbio y el gen de la enzima, los investigadores descubrieron que esas bacterias tenían ancestros anteriores al GOE, y que el gen de la enzima se podía rastrear a través de varias especies microbianas, incluso antes del Gran Evento de Oxigenación. Además, también hallaron que la diversificación del gen, o la cantidad de especies que adquirieron el gen, aumentó significativamente justo en los momentos en que la atmósfera experimentó picos en la oxigenación, una vez durante el Paleoproterozoico y nuevamente en el Neoproterozoico. La conexión temporal, pues, estaba probada.
En palabras de Haitao Shang, otro de los autores del estudio, "encontramos algunas correlaciones temporales entre la diversificación de los genes productores de POOM y los niveles de oxígeno en la atmósfera. Y eso apoya nuestra teoría general”.
Para confirmar esta hipótesis, sin embargo, se requerirá mucho más trabajo, desde experimentos en el laboratorio hasta estudios in situ. Pero el nuevo estudio ha logrado presentar un nuevo 'sospechoso' en el antiguo caso de la oxigenación de la atmósfera terrestre.
“Proponer un método novedoso y mostrar evidencia de su plausibilidad es el primer pero importante paso -dice Fournier-. Hemos demostrado que se trata de una teoría digna de estudio".
