Científicos proponen un nuevo mecanismo por el cual el oxígeno puede haberse acumulado primero en la atmósfera
La mayor parte de la vida en la Tierra se puede dividir ampliamente en consumidores de oxígeno y productores de oxígeno.
Este delicado equilibrio entre los que dan y los que toman mantiene la concentración de oxígeno en la atmósfera de nuestro planeta alrededor del 21 por ciento. Y, sin embargo, no siempre fue así.
En los primeros miles de millones de años de existencia de la Tierra, el oxígeno era relativamente escaso. Luego, aparentemente de la nada, el gas diatómico aumentó repentinamente.
Se estaba dando más oxígeno del que se tomaba, pero ¿Cómo y por qué ocurrió eso?
Los científicos han reflexionado sobre este misterio durante años, y los investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) tienen una nueva hipótesis. Quizás algunos microbios estaban siguiendo la línea entre productores y consumidores de oxígeno.
Se sabe que los microbios en las profundidades del océano usan oxígeno para descomponer la materia orgánica. Pero, ¿Y si otro microbio estuviera tomando oxígeno del océano antes de que otros consumidores pudieran llegar a él?
Teóricamente, si un microbio solo oxida parcialmente la materia orgánica, existe una buena posibilidad de que los restos se unan químicamente a los minerales en el sedimento del océano.
Este entierro de oxígeno evitaría que el material orgánico se oxide por completo mientras es descompuesto por microbios más voraces. Como tal, el oxígeno tendría la posibilidad de acumularse en el agua antes de filtrarse a la atmósfera. Luego, el océano puede absorberlo nuevamente, creando un ciclo de retroalimentación positiva.
"Eso nos llevó a preguntar, ¿Existe un metabolismo microbiano que produzca POOM (materia orgánica parcialmente oxidada)?", recuerda el geobiólogo Gregory Fourier.
Resulta que lo hubo. Buscando en la literatura científica, Fourier y sus colegas, Haitao Shang y Daniel Rothman, llegaron hasta un grupo bacteriano conocido como SAR202.
Este moderno grupo de bacterias puede oxidar parcialmente la materia orgánica en los océanos profundos de hoy. Puede hacerlo a través de una enzima conocida como monooxigenasa de Baeyer-Villiger o BVMO.
Al rastrear el linaje genético de esta enzima, los autores encontraron que existía entre los microbios que evolucionaron antes del gran evento de oxidación.
Es más, los picos en el oxígeno de la Tierra primitiva parecen coincidir con la expansión de este gen. En otras palabras, a medida que se extendió entre los microbios la capacidad de oxidar parcialmente el material orgánico, también hubo un aumento en los niveles de oxígeno atmosférico.
El momento podría ser una coincidencia, o podría implicar que los microbios con estos genes ayudaron a iniciar el gran evento de oxidación.
Imagen: Comparación de biopolímeros y su interacción con superficies minerales antes y después de la degradación parcial por metabolismos oxidativos.
A medida que el oxígeno se hizo más disponible en el medio ambiente, probablemente favoreció en otros microbios la diversificación de metabolismos oxidativos similares.
"Esto puede parecer contrario a la intuición: los procesos metabólicos oxidativos, después de todo, consumen O2", escriben los autores. "Sin embargo, una retroalimentación positiva potencialmente importante radica en la interacción de los productos metabólicos oxidados con los minerales en ambientes sedimentarios".
La materia orgánica parcialmente oxidada se une más estrechamente a las superficies minerales en los sedimentos oceánicos. Esto significa que las enzimas de los microbios no pueden llegar a él tan fácilmente.
Por lo tanto, el oxígeno enterrado puede persistir durante grandes escalas de tiempo geológicas, lo que finalmente impulsa la acumulación de oxígeno en los océanos y la atmósfera de la Tierra.
En algún momento, este ciclo de retroalimentación positiva se habría equilibrado con un 21 por ciento de oxígeno en la atmósfera, probablemente cuando evolucionaron suficientes formas de vida para comenzar a consumir el elemento.
La escala entre consumidores y productores de oxígeno se ha zanjado desde entonces.
Otro estudio reciente apoya esta hipótesis, sugiriendo que el entierro de materia orgánica en un ambiente bajo en oxígeno desempeñó un papel más importante de lo que pensábamos en el gran evento de oxigenación de la Tierra.
En lugar de bacterias fotosintéticas que oxigenan la atmósfera y luego el océano, ¿Qué pasaría si los minerales del océano oxigenaran la atmósfera?
Se necesita más investigación para desarrollar estas ideas, pero hasta ahora, parecen posibles explicaciones.
"Proponer un método novedoso y mostrar evidencia de su plausibilidad es el primer pero importante paso", dice Fournier. "Hemos identificado esto como una teoría digna de estudio".
El estudio fue publicado en Nature Communications: Oxidative metabolisms catalyzed Earth’s oxygenation
