El océano superior se oxigenó bien mucho más tarde de lo que se pensaba
Investigadores del Departamento de Ciencias de la Tierra de la Universidad de Syracuse han confirmado que los niveles crecientes de oxígeno oceánico y atmosférico evolucionaron conjuntamente con la vida marina hace cientos de millones de años.
Wanyi Lu, una candidata postdoctoral que estudia de la mano del profesor asociado Zunli Lu (sin relación personal) en la Facultad de Artes y Ciencias, es la autora principal de un innovador artículo en la revista Science.
El documento surge de un esfuerzo de investigación multinacional liderado por Zunli Lu que replantea las causas y los impactos del aumento de la oxigenación en las plataformas continentales durante el Eón Fanerozoico actual, que comenzó hace más de 542 millones de años.
"La mayoría de los estudios de la historia del oxígeno se centran en la atmósfera y los océanos profundos, con implicaciones en la evolución de la vida", dice Zunli Lu. "Creemos que el nivel de oxígeno oceánico en la columna de agua sobre las plataformas continentales [es decir, el océano superior] puede haber sido una cosa diferente".
Un elemento central de la investigación del equipo fue un proxy geoquímico del que Lu fue pionera en 2010. Utilizando un enfoque novedoso basado en la geoquímica del yodo, ella y sus colegas midieron la proporción de yodo a calcio en minerales y fósiles de carbonato de calcio.
Timothy Lyons, Distinguido Profesor de Biogeoquímica de la Universidad de California, Riverside (UCR), considera que la geoquímica del yodo es una "herramienta poderosa" para restringir las condiciones de oxígeno en las condiciones de superficie a superficie del océano antiguo. "Estas son las aguas en las que aparecieron, evolucionaron y avanzaron hacia ecologías complejas los primeros animales", dice. "Los resultados de este estudio revelan una dinámica ambiental previamente inimaginable en aquellas aguas tempranas, y esas condiciones deben haber impactado a los animales".
Lu toma los elogios con calma, pero insiste en que los hallazgos del grupo son novedosos. "El océano superior se oxigenó bien mucho más tarde de lo que se pensaba originalmente", dice.
La geoquímica de Syracuse ilustra su punto al describir una espesa neblina de metano que originalmente envolvió al planeta, dejando poco o nada de oxígeno en la atmósfera. Los microbios fotosintetizados finalmente produjeron suficiente energía química, causando la acumulación de oxígeno libre en la atmósfera. "Esto preparó el escenario para el Gran Evento de Oxidación hace unos 2.300 millones de años", dice.
Con la oxigenación vino el aumento de las formas de vida multicelulares durante los próximos mil millones de años. Entre ellas había eucariotas, cuya información genética estaba almacenada dentro de un núcleo o núcleos unidos a la membrana.
La cuestión en la mente de todos, especialmente en la de Wanyi Lu, era cómo y cuándo el océano global se oxigenó lo suficiente como para acomodar diversas formas de vida marina, incluidas las vivas hoy en día.
"Nuestros datos de yodo son consistentes con un importante aumento en el nivel de oxígeno atmosférico que se produjo hace unos 400 millones de años", dice Lu, cuyos estudios de doctorado implican la geoquímica de baja temperatura y los cambios ambientales globales. "Sin embargo, los niveles de oxígeno en el océano superior no se estabilizaron en condiciones casi modernas hasta hace 200 millones de años, cuando el plancton eucariótico más grande dominaba los océanos del mundo. El momento tiene mucho sentido".
Para comprender tales observaciones en el registro de rocas, se deben apreciar los procesos biogeoquímicos y oceanográficos a gran escala, así como la composición química atmosférica. "Examinamos los roles de estos dos controles en la parte superior del océano, utilizando un sofisticado Modelo de Sistema de la Tierra [ESM] con un nombre interesante: GENIE, que es la abreviatura de 'Grid-ENabled Integrated Earth'", dice Zunli Lu.
Andy Ridgwell, profesor de Ciencias de la Tierra en la UCR, desarrolló el marco de modelado de la firma GENIE, que compone una gama de simulaciones de ESM en varias escalas de tiempo. "La innovadora forma en que el equipo de Syracuse combinó las mediciones de rocas antiguas con un complejo modelo matemático del sistema climático global y el ciclo del carbono fue impresionante", dice.
Ridgwell elogia la principal conclusión del análisis final del equipo: que un cambio fundamental en los eucariotas dio lugar a una mayor profundidad de remineralización de la materia orgánica y, en última instancia, a un océano superior "resilientemente oxigenado". "Esto encaja perfectamente con nuestra comprensión en desarrollo de los principales pasos evolutivos tomados para crear el planeta que tenemos hoy", dice Ridgwell, que estudia los modelos biogeoquímicos y el cambio climático a largo plazo.
Lee Kump, decano de la Facultad de Ciencias Minerales y de la Tierra en Penn State, dice que los hallazgos del grupo son un potente recordatorio de cómo puede ser a medias correcta la teoría de la evolución de Darwin. "Los cambios en el medio ambiente afectan la evolución biológica, sin duda, pero la innovación biológica puede afectar el medio ambiente, incluso a escala mundial", dice el reconocido paleoclimatólogo.
Sin embargo, ese no es el final de la historia. Ros Rickaby, profesor de geoquímica en la Universidad de Oxford (U.K.), dice que los hallazgos también refuerzan el vínculo entre la oxigenación y el tamaño del cuerpo de los animales marinos.
"Es increíble pensar que el creciente éxito del plancton mineralizante microscópico en el océano, a través del cambio en la distribución de oxígeno, podría haber tenido efectos de gran alcance en todo el sistema de la Tierra para aumentar el tamaño corporal promedio de los animales", dice. "Nos recuerda la intrincada interconexión entre cada parte del ecosistema marino".
Zunli Lu agrega: "Es un excelente ejemplo de la coevolución de la vida y el planeta".
Artículo científico: Late inception of a resiliently oxygenated upper ocean
