La llegada del oxígeno a la atmósfera de la Tierra marcó un momento decisivo en la historia del planeta, transformándolo en un mundo capaz de sustentar vida compleja. Este cambio importante, conocido como Gran Evento de Oxidación (GOE), ocurrió hace aproximadamente entre 2,1 y 2,4 mil millones de años. Sin embargo, la fotosíntesis oxigénica, producida por las cianobacterias, probablemente evolucionó millones de años antes de este evento. A pesar de esta capacidad inicial de producir oxígeno, los niveles atmosféricos se mantuvieron bajos durante un tiempo sorprendentemente largo. Los científicos han debatido durante mucho tiempo la causa de este retraso, considerando explicaciones como emisiones volcánicas, sumideros químicos e interacciones biológicas. Sin embargo, ningún factor explica completamente por qué tardó tanto en formarse oxígeno en el aire de la Tierra.
Para abordar esta eterna pregunta, los investigadores se centraron en un elemento de la química de la Tierra primitiva que a menudo se pasa por alto: el papel de los compuestos traza como el níquel y la urea en el crecimiento de las cianobacterias.
Investigador principal, Dr. Dylan M. del Instituto de Materiales Planetarios de la Universidad de Okayama, Japón (dirección actual: Departamento de Geología, Universidad de Peradeniya, Sri Lanka). Ratnayake explicó: “Crear oxígeno sería un gran desafío si colonizáramos otro planeta. Por lo tanto, queríamos entender cómo es posible crear una sustancia microbiana. Los conocimientos obtenidos de este estudio de las condiciones en la Tierra para la evolución de vida compleja, incluida la nuestra, proporcionarán un nuevo marco para las técnicas de análisis de muestras para futuras misiones de retorno de muestras a Marte”.
En el trabajo, publicado en la revista, también colaboraron los profesores Ryoji Tanaka e Izo Nakamura del mismo instituto. Comunicación Tierra y medio ambiente.
Recreando la Tierra primitiva en el laboratorio
El equipo llevó a cabo un estudio experimental de dos partes diseñado para simular las condiciones en la Tierra Arcaica (hace entre 4 y 2.500 millones de años). En el primer experimento, se expusieron mezclas de compuestos de amonio, cianuro y hierro a luz ultravioleta (UV)-C, que replica la intensa radiación que probablemente alcanzó la superficie de la Tierra antes de que se formara la capa de ozono. Estos experimentos exploraron si la urea, un compuesto nitrogenado vital para la vida, puede formarse naturalmente en tales condiciones.
En una segunda fase, se cultivaron cultivos de cianobacterias (Synechococcus sp. PCC 7002) en periodos de luz y oscuridad alternados variando la cantidad de níquel y urea en su entorno. Para medir cómo estos factores químicos afectan la productividad de las cianobacterias, los investigadores monitorearon el crecimiento a través de la densidad óptica y los niveles de clorofila-a.
A partir de los resultados, el equipo propuso un nuevo modelo que explica cómo se acumula gradualmente el oxígeno en la atmósfera. Durante el Arcaico temprano, grandes cantidades de níquel y urea pueden haber limitado la proliferación de cianobacterias, impidiendo la liberación de oxígeno. Como señala el Dr. “El níquel tiene una relación compleja pero interesante en la formación de la urea, así como en su uso biológico, cuando su disponibilidad en bajas concentraciones puede conducir a la proliferación de cianobacterias”, señaló Ratnayake. Cuando estos niveles finalmente disminuyeron, las cianobacterias pudieron prosperar de manera más constante, impulsando el aumento de oxígeno que se convirtió en el GOE.
Lecciones para la Tierra y más allá
Las implicaciones de estos hallazgos se extienden más allá de la comprensión de la historia antigua. “Si podemos comprender claramente los mecanismos de oxigenación atmosférica, esto arrojará luz sobre la detección de biofirmas en otros planetas”, dijo el Dr. Ratnayake. Y continuó: “Los hallazgos muestran que las interacciones entre compuestos orgánicos e inorgánicos desempeñan un papel importante en los cambios ambientales de la Tierra, profundizando nuestra comprensión de la evolución del oxígeno de la Tierra y, por lo tanto, de la vida en ella”.
Estos conocimientos también pueden servir de base para futuras exploraciones planetarias, ya que elementos como el níquel y la urea pueden afectar al oxígeno y al desarrollo de la vida en otros mundos.
Al demostrar cómo la urea puede formarse naturalmente en condiciones arcaicas y actuar como nutriente e inhibidor, los investigadores revelan cómo los delicados equilibrios químicos dieron forma a la biota primitiva de la Tierra. Sus hallazgos sugieren que a medida que los niveles de níquel disminuyen y la urea se estabiliza, las cianobacterias florecen y liberan grandes cantidades de oxígeno. Estos cambios graduales finalmente transformaron la Tierra de un planeta sin vida a uno capaz de sustentar ecosistemas complejos, un paso profundo en el largo viaje del planeta hacia la habitabilidad.
