Durante tres mil millones de años o más, la evolución de la primera vida animal en la Tierra estuvo lista para suceder, prácticamente esperando en las alas. Pero el oxígeno respirable que requería no estaba allí, y la falta de nutrientes simples pudo haber sidoculpa.
Luego vino una feroz metamorfosis planetaria. Hace aproximadamente 800 millones de años, a fines del Eón Proterozoico, el fósforo, un elemento químico esencial para toda la vida, comenzó a acumularse en zonas oceánicas poco profundas cerca de las costas ampliamente consideradas como el lugar de nacimiento de animales y otros animales.organismos complejos, según un nuevo estudio realizado por geocientíficos del Instituto de Tecnología de Georgia y la Universidad de Yale.
Junto con la acumulación de fósforo vino una reacción química global en cadena, que incluyó otros nutrientes, que impulsaron a los organismos a bombear oxígeno a la atmósfera y los océanos. Poco después de esa transición, las olas de extremos climáticos barrieron el globo, congelándolo dos veces durante decenas demillones de años cada vez, una teoría muy respetada es válida. La elevada disponibilidad de nutrientes y el oxígeno reforzado también probablemente impulsaron el mayor avance de la evolución.
Después de miles de millones de años, durante los cuales la vida consistió casi por completo en organismos unicelulares, los animales evolucionaron. Al principio, eran extremadamente simples, se asemejaban a las esponjas o medusas actuales, pero la Tierra estaba en camino de ser, por eones, un planetamenos que hospitalario a la vida compleja para convertirse en uno lleno de ella.
la verdadera génesis de la Tierra
En los últimos cientos de millones de años, la biodiversidad ha florecido, dando lugar a densas selvas y pastizales que hacen eco con los llamados de los animales, y las aguas se retuercen con cada forma de aleta y color de escala. Y la mayoría de cada etapa del desarrollo ha dejado su huella en elregistro fósil.
Los investigadores tienen cuidado de no implicar que el fósforo necesariamente causó la reacción en cadena, pero en las rocas sedimentarias tomadas de las zonas costeras, el nutriente ha marcado el lugar donde despegó esa explosión de vida y el cambio climático ". El momento es definitivamente notable,"dijo Chris Reinhard, profesor asistente en la Facultad de Ciencias de la Tierra y Atmosféricas de Georgia Tech.
Reinhard y Noah Planavsky, un geoquímico de la Universidad de Yale, que encabezaron la investigación juntos, han extraído registros de rocas sedimentarias que se formaron en antiguas zonas costeras, descendiendo capa por capa hasta hace 3.500 millones de años, para calcular cómo funciona el ciclo deel fósforo fertilizante esencial evolucionó y cómo pareció jugar un papel importante en una verdadera génesis.
Notaron una notable congruencia a medida que se movían hacia arriba a través de las capas de lutita en el período de tiempo donde comenzó la vida animal, a fines del Eón Proterozoico.
"El cambio más básico fue de una disponibilidad de fósforo muy limitada a una disponibilidad de fósforo mucho más alta en las aguas superficiales del océano", dijo Reinhard. "Y la transición parecía ocurrir en el momento en que hubo cambios muy grandes en la atmósfera oceánicaniveles de oxígeno y justo antes de la aparición de animales ".
Fósforo en la playa
Reinhard y Planavsky, junto con un equipo internacional, propusieron que una recolección de nutrientes en un mundo anóxico casi libre de O2 atrofiara a los organismos fotosintéticos que de otro modo habrían estado preparados durante al menos dos mil millones de años para hacer reservas de oxígeno.ese sistema equilibrado estaba alterado y el fósforo oceánico llegó a las aguas costeras.
Los científicos publicaron sus hallazgos en la revista Naturaleza . Su investigación fue financiada por la National Science Foundation, el Instituto de Astrobiología de la NASA, la Fundación Sloan y la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia.
El trabajo proporciona una nueva visión de los factores que permitieron a la vida remodelar la atmósfera de la Tierra. Ayuda a establecer una base que los científicos pueden aplicar para hacer predicciones sobre lo que permitiría a la vida alterar las atmósferas de los exoplanetas, y puede inspirar estudios más profundos, aquí en la Tierra, de cómo la química oceánico-atmosférica impulsa la inestabilidad climática e influye en el ascenso y la caída de la vida a través de los siglos.
Cianobacterias, la madre de O2
Los seres vivos complejos, incluidos los animales, generalmente tienen un metabolismo inmenso y requieren un amplio O2 para conducirlo. La evolución de los animales es impensable sin él.
El camino para comprender cómo una escasez de nutrientes privaría a la producción de oxígeno respirable conduce a un tipo muy especial de bacteria llamada cianobacteria, la madre del oxígeno en la Tierra.
"La única razón por la que tenemos un planeta bien oxigenado en el que podemos vivir es por la fotosíntesis oxigenada", dijo Planavsky. "El O2 es el producto de desecho de las células fotosintéticas, como las cianobacterias, que combinan CO2 y agua para formar azúcares".
Y la fotosíntesis es una singularidad evolutiva, lo que significa que solo evolucionó una vez en la historia de la Tierra, en las cianobacterias.
Algunos otros fenómenos biológicos evolucionaron repetidamente en docenas o cientos de incidentes no relacionados a lo largo de las edades, como la transición de organismos unicelulares a organismos multicelulares rudimentarios. Pero los científicos confían en que la fotosíntesis oxigenada evolucionó solo esta vez en la historia de la Tierra, soloen las cianobacterias, y todas las plantas y otros seres en la Tierra que la fotosíntesis coopó el desarrollo.
El ancla de hierro
A las cianobacterias se les atribuye haber llenado la atmósfera de la Tierra con O2, y han existido durante 2.500 millones de años o más.
Eso plantea la pregunta: ¿Qué tomó tanto tiempo? Los nutrientes básicos que alimentaban a las bacterias no estaban fácilmente disponibles, según la hipótesis del científico. El fósforo, que Planavsky y Reinhard rastrearon específicamente, estuvo en el océano también durante miles de millones de años, peroestaba atado en los lugares equivocados.
Durante eones, el mineral de hierro, que una vez saturó los océanos, probablemente se unió con fósforo y lo hundió hasta las profundidades del océano oscuro, muy lejos de esas aguas poco profundas, también llamadas márgenes continentales, donde las cianobacterias lo habrían necesitado para prosperar yproducir oxígeno. Incluso hoy en día, el hierro se usa para tratar las aguas contaminadas con fertilizantes para eliminar el fósforo hundiéndolo como sedimento profundo.
Los investigadores también utilizaron un modelo geoquímico para mostrar cómo un sistema global con alta concentración de hierro y baja disponibilidad de fósforo combinado con baja disponibilidad de nitrógeno en las aguas poco profundas del océano podría perpetuarse en un mundo con poco oxígeno.
"Parece haber sido un sistema planetario tan estable", dijo Reinhard. "Pero obviamente no es el planeta en el que vivimos ahora, entonces la pregunta es, ¿cómo pasamos de este estado de bajo oxígeno a donde estamos ahora?? "
Lo que finalmente causó ese cambio es una pregunta para futuras investigaciones.
pistola de arranque de fósforo
Pero algo cambió hace unos 800 millones de años, y las cianobacterias y otros organismos diminutos en los ecosistemas del margen continental obtuvieron más fósforo, la columna vertebral del ADN y el ARN, y un actor principal en el metabolismo celular. La bacteria se volvió más activa, se reprodujo más rápidamente, comió mucho más fósforo e hizo un montón más de O2.
"El fósforo no solo es esencial para la vida", dijo Planavsky. "Lo que está implícito en todo esto es: puede controlar la cantidad de vida en nuestro planeta".
Cuando las bacterias recién multiplicadas murieron, cayeron al suelo de esas aguas poco profundas del océano, amontonándose capa por capa para descomponerse y enriquecer el lodo con fósforo. El lodo finalmente se comprimió en piedra.
"A medida que la biomasa aumentó en contenido de fósforo, la mayor parte aterrizó en capas de roca sedimentaria", dijo Reinhard. "Para los científicos, ese esquisto son las páginas del libro de historia del fondo marino".
Los científicos los han hojeado durante décadas, recopilando datos. Planavsky y Reinhard analizaron unos 15,000 registros de rocas para su estudio.
"La primera compilación que tuvimos de esto fue solo 600 muestras", dijo Planavsky. Reinhard agregó: "Pero ya se podía ver entonces. La sacudida de fósforo fue tan clara como el día. Y a medida que la base de datos creció en tamaño, el fenómenose hizo más atrincherado "
Esa primera señal de fósforo en las aguas poco profundas de la costa de la Tierra aparece en el registro de esquisto como un disparo de una pistola de arranque en la carrera por la vida abundante.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Original escrito por Ben Brumfield. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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