El nivel de oxígeno atmosférico en el momento anterior al Gran Evento de Oxigenación era muy bajo
La evidencia que defiende una "bocanada de oxígeno" antes del Gran Evento de Oxigenación de la Tierra hace 2.300 millones de años son firmas químicas que probablemente se introdujeron mucho más tarde, según una nueva investigación.
El resultado rebobina los hallazgos de investigaciones anteriores de que el oxígeno atmosférico existía antes del llamado Gran Evento de Oxigenación, conocido por los investigadores como "GOE, por sus singlas en inglés", y tiene el potencial de reescribir lo que se conoce del pasado del planeta.
"Sin el olor a oxígeno informado por una serie de estudios anteriores, la comunidad científica necesita reevaluar críticamente su comprensión de la primera mitad de la historia de la Tierra", dijo Sarah Slotznick, profesora asistente de ciencias de la tierra en Dartmouth y primera autora del estudio.
El estudio indica que los datos químicos originalmente determinados para sugerir oxígeno atmosférico antes en la historia de la Tierra pueden haber sido introducidos por eventos cientos de millones de años después.
Un análisis adicional realizado como parte del estudio reconfirma que la atmósfera de la Tierra presentaba niveles de oxígeno extremadamente bajos antes de hace 2.300 millones de años.
"Usamos nuevas herramientas para investigar los orígenes de las señales de las trazas de oxígeno", dijo Jena Johnson, profesora asistente de ciencias ambientales y de la tierra en la Universidad de Michigan y coautora del estudio. "Descubrimos que una serie de cambios después que los sedimentos se depositaron en el lecho marino probablemente fueron responsables de la evidencia química de oxígeno".
El inicio de la oxigenación
Durante décadas, los científicos han debatido cuándo aparecieron por primera vez niveles mensurables de oxígeno en la atmósfera de la Tierra. La idea del Gran Evento de Oxigenación se ha desarrollado durante el último siglo y se cree que fue cuando los niveles de oxígeno comenzaron a aumentar hace más de 2 mil millones de años, allanando el camino para el surgimiento de células complejas, animales y, finalmente, humanos.
Más recientemente, sin embargo, la investigación sobre señales químicas correlacionadas con el oxígeno ha sugerido apariciones pasajeras anteriores de oxígeno, conocidas como "bocanadas".
En 2007, dos estudios paralelos encontraron evidencia de tal olor a oxígeno basados en muestras de Mount McRae Shale de 2.500 millones de años, parte de un muy estudiado núcleo de perforación de 2004 recolectado en Australia Occidental por el Programa de Perforación de Astrobiología de la NASA.
"Cuando se dieron a conocer los resultados hace una década, fueron sorprendentes", dijo Joseph Kirschvink, profesor de geobiología en Caltech, miembro del Earth-Life Science Institute del Tokyo Institute of Technology y coautor del nuevo estudio. "Los hallazgos parecían contradecir la abundante evidencia de otros indicadores geológicos que argumentaban en contra de la presencia de oxígeno libre antes del Gran Evento de Oxigenación".
Una historia sobre el origen de la investigación
Los estudios de 2007 se basaron en evidencia de oxidación y reducción de molibdeno y azufre, dos elementos que se utilizan ampliamente para probar la presencia de oxígeno atmosférico, ya que no se puede medir directamente en la roca. Los hallazgos plantearon preguntas fundamentales sobre la evolución temprana de la vida en la Tierra.
Algunos grupos de investigación tomaron la observación del oxígeno temprano para respaldar los hallazgos anteriores de que las cianobacterias microscópicas, los primeros innovadores en la fotosíntesis, bombeaban oxígeno a la antigua atmósfera, pero que otros procesos de la Tierra mantenían bajos los niveles de oxígeno.
Los estudios de 2007, incluidas sus implicaciones sobre el origen de la vida y su evolución, han sido ampliamente aceptados y han servido de base para una serie de otros trabajos de investigación durante los últimos 14 años.
Imagen: La microscopía electrónica reveló que Mount McRae Shale está hecho de fragmentos de vidrio volcánico (gris claro, izquierda), que podrían ser una fuente de molibdeno concentrado en el intervalo de la "bocanada" durante eventos posteriores de flujo de fluidos que previamente se han tomado para indicar oxígeno en la atmósfera temprana. Estos eventos se registran en la pirita mineral de hierro-azufre dentro de la lutita gris oscuro del intervalo de la "bocanada"; aquí, una imagen escaneada (derecha) muestra tanto nódulos redondos de formación temprana con halos difusos como líneas paralelas de cristales diminutos que se formaron durante el posterior flujo de fluido.
El nuevo estudio se remonta a 2009, cuando un equipo dirigido por Caltech comenzó a realizar esfuerzos para realizar análisis adicionales. El equipo, algunos de los cuales se han mudado desde entonces a otras instituciones, tardó más de una década en recopilar y analizar datos, lo que resultó en el primer estudio publicado que refuta directamente el hallazgo de una bocanada temprana de oxígeno.
"Rocas muy antiguas cuentan una complicada historia que va más allá de cómo era el mundo cuando se depositó el lodo", dijo Woodward Fischer, profesor de geobiología en Caltech y coautor del estudio. "Estas muestras también contienen minerales que se formaron mucho después de su deposición cuando las antiguas señales ambientales se mezclaron con las más jóvenes, lo que confunde las interpretaciones de las condiciones en la Tierra antigua".
Una cuestión de enfoque
Los trabajos de investigación de 2007 que encontraron la presencia de oxígeno antes de la oxigenación total de la Tierra utilizaron técnicas de análisis a granel con evaluaciones geoquímicas de muestras en polvo provenientes de todo el Monte McRae Shale. En lugar de realizar un análisis químico en polvo, la nueva investigación inspeccionó muestras de la roca utilizando una serie de técnicas de alta resolución.
Para el nuevo estudio, el equipo de investigación registró imágenes del núcleo de perforación de 2004 en un escáner óptico de superficie plana. Con base en esas observaciones, luego recolectaron delgadas muestras para análisis adicionales. El conjunto de enfoques utilizados en las muestras físicas, incluida la espectroscopia de fluorescencia de rayos X basada en sincrotrón, brindó al equipo información adicional sobre la geología y la química de las muestras, así como la sincronización relativa de los procesos que se identificaron.
Según el artículo de investigación: "Nuestras observaciones colectivas sugieren que los conjuntos de datos químicos a granel que apuntan hacia una 'bocanada' de oxígeno se desarrollaron durante los eventos posteriores a la deposición".
El nuevo análisis muestra que Mount McRae Shale se formó a partir de carbono orgánico y polvo volcánico. La investigación indica que el molibdeno provino de los volcanes y posteriormente se concentró durante lo que se ha caracterizado previamente como el intervalo de la bocanada. Durante una serie de cambios químicos y físicos que convirtieron estos sedimentos en rocas, la fracturación creó vías para que varios fluidos distintos transmitieran señales de oxidación cientos de millones de años después de la formación de las rocas.
"Nuestras observaciones de abundantes fragmentos de vidrio piroclástico y lechos de toba intercalados, junto con la reciente idea de que el vidrio volcánico es un anfitrión importante del molibdeno, ofrece una nueva explicación para los enriquecimientos de molibdeno en el intervalo de la 'bocanada'", dice el artículo.
Mirando hacia atrás para señalar un camino a seguir
Si el molibdeno no se debió a la meteorización de las rocas en la tierra a base de oxígeno y la concentración en el océano, su presencia no respalda el hallazgo original de oxígeno atmosférico temprano. Al utilizar una metodología totalmente diferente a la utilizada en los primeros estudios que encontraron una bocanada de oxígeno, la nueva investigación también cuestiona la investigación que siguió a esos estudios que utilizaron el mismo estilo de técnicas de volumen.
"Nuestros nuevos datos de alta resolución indican claramente que el contexto sedimentario de las señales químicas debe considerarse cuidadosamente en todos los registros antiguos", dijo Johnson.
Además de proporcionar una explicación alternativa para los proxies de oxígeno que se encontraron en Mount McRae Shale, el equipo confirmó que el nivel de oxígeno atmosférico en el momento anterior al Gran Evento de Oxigenación era muy bajo, llamándolo "insignificante" en el período aproximado 150 millones de años antes del abrupto cambio.
Los hallazgos cuestionan la existencia temprana de cianobacterias, en lugar de apoyar otras hipótesis de que la fotosíntesis generadora de oxígeno evolucionó solo poco antes del Gran Evento de Oxigenación.
"Esperamos que nuestra investigación genere interés tanto en quienes estudian la Tierra como en quienes miran más allá hacia otros planetas", dijo Slotznick. "Esperamos que estimule más conversaciones y reflexiones sobre cómo analizamos las firmas químicas en rocas que tienen miles de millones de años".
La investigación fue publicada en Science Advances: Reexamination of 2.5-Ga "whiff" of oxygen interval points to anoxic ocean before GOE
Artículos de investigación originales de 2007 que sugieren una "bocanada de oxígeno":
• A. D. Anbar, Y. Duan, T.W. Lyons, G. L. Arnold, B. Kendall, R. A. Creaser, A. J. Kaufman, G. W. Gordon, C. Scott, J. Garvin, R. Buick, "A whiff of oxygen before the great oxidation event?" Science 317, 1903-1906 (2007).
• A. J. Kaufman, D. T. Johnston, J. Farquhar, A. L. Masterson, T. W. Lyons, S. Bates, A. D. Anbar, G. L. Arnold, J. Garvin, R. Buick, "Late archean biospheric oxygenation and atmospheric evolution." Science 317, 1900-1903 (2007).
