Altas concentraciones de hierro en el pasado de la Tierra podrían haber limitado la fotosíntesis
Erupciones volcánicas submarinas pueden haber retrasado por cientos de millones de años la acumulación de oxígeno en la atmósfera de la Tierra primitiva, según investigadores.
El hallazgo arroja luz sobre cómo se convirtió la Tierra en el mundo oxigenada que es hoy, agregaron los científicos.
"Nuestra investigación muestra cómo las altas concentraciones de hierro en el pasado de la Tierra podrían haber limitado la fotosíntesis", dijo Elizabeth Swanner la autora principal del estudio, geomicrobióloga en la Universidad de Tübingen en Alemania. La fotosíntesis es el proceso por el cual las plantas y otros organismos convierten la luz solar en azúcar, y se produce oxígeno como un subproducto.
Aunque el soporte vital del gas oxígeno es actualmente alrededor de un quinto del aire de la Tierra, muy temprano en la historia del planeta el oxígeno era raro en la atmósfera. La primera vez que el elemento impregnó en gran medida la atmósfera primordial de la Tierra fue hace unos 2.300 millones años en lo que se llama el Gran Evento de Oxidación. La investigación previa sugiere que este aumento en los niveles de oxígeno era casi seguro debido a cianobacterias - microbios que, como las plantas, realizan la fotosíntesis y producen oxígeno.
Sin embargo, la reciente investigación sobre depósitos de rocas antiguas sugirió que el oxígeno puede haber existido de forma transitoria en la atmósfera hasta hace 3 millones de años, cientos de millones de años antes del Gran Evento de Oxidación. Esto significaría que la luz del Sol de la que depende la vida evolucionó muy temprano en la historia de la Tierra, en algún momento durante la Era Arcaica, hace unos 2.500 millones a 4.000 millones de años.
Pero si la vida fotosintética surgió en la Tierra tan temprano, entonces es un misterio por qué el oxígeno no impregó la atmósfera del planeta hasta mucho más tarde. Estudios anteriores sugirieron posibles explicaciones, entre ellas que la fotosíntesis temprana puede haber sido un proceso ineficiente, que el oxígeno habría sido venenoso para los microbios que producen el primer elemento o la existencia de una carencia de nutrientes esenciales necesarios para que creciese la vida fotosintética.
En los océanos modernos el hierro es un nutriente clave para la vida fotosintética. Y la actividad volcánica bajo el agua, que era común a finales de la Era Arcaica antes de la Gran Oxidación, habría entregado a los océanos grandes cantidades de una forma soluble de hierro, conocida como "hierro reducido", observaron Swanner y sus colegas.
Para saber más sobre la historia temprana del oxígeno en la Tierra, los científicos investigaron los efectos del hierro reducido en un tipo común de cianobacterias modernas conocidas como Synechococcus. Hoy en día, los microbios fotosintéticos del océano generan alrededor del 12 por ciento del oxígeno de la Tierra.
En experimentos de laboratorio los investigadores encontraron que la reacción de hierro reducido con el oxígeno de las cianobacteria en realidad es tóxica para esta cianobacteria, disminuyendo su tasa de crecimiento y la producción de oxígeno. Esto se debe a que la reacción aumenta los niveles de moléculas llamadas especies reactivas del oxígeno, que dañan las células.
Los investigadores señalaron que los periodos antiguos de vulcanismo submarino, que habrían lanzado hierro reducido en el agua de mar, por lo general coincidió con signos de niveles reducidos de oxígeno en los sedimentos arcaicos. Nubes volcánicas submarinas cargadas con hierro podrían haber limitado temporalmente la producción de oxígeno por envenenamiento de los microbios productores de oxígeno, sugirieren los científicos.
Sigue siendo incierto si el hierro tuvo el mismo efecto en las antiguas cianobacterias como lo hace en sus contrapartes modernas. Sin embargo, Swanner dijo que cree que lo más probable es que las primeras cianobacterias no tenían enzimas para desintoxicar especies reactivas de oxígeno, lo que hacía aún más vulnerables a estas moléculas que a las cianobacterias modernas. "Creo que el uso de las cianobacterias modernas en el laboratorio es un enfoque bastante conservador", dijo Swanner.
La investigación futura puede explorar cómo podría haber retrasado el hierro volcánico la evolución de las formas de vida dependientes de oxígeno, dijo Swanner.
Los científicos detallaron sus hallazgos en línea ayer 5 de enero en la revista Nature Geoscience: Modulation of oxygen production in Archaean oceans by episodes of Fe(II) toxicity
