Así se preparó la Tierra para hacer posible la aparición de la vida compleja

En la literatura científica, este importante fenómeno conoce como 'Gran Evento de Oxidación', o GOE. Pero la acumulación inicial de oxígeno (O2) en la Tierra no fue un proceso tan sencillo como podría parecer, según acaba de revelar en 'Nature' un nuevo estudio dirigido por Chadlin Ostrander, geoquímico de la universidad de Utah.

Este 'evento', en efecto, no fue inmediato ni se produjo de una vez, sino que, según el nuevo estudio, duró por lo menos 200 millones de años. Algo que complicó mucho la tarea de rastrear cómo el oxígeno se fue acumulando en los océanos antes de pasar a la atmósfera.

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«Los datos resultantes -dice Ostrander- sugieren que el aumento inicial de O2 en la atmósfera de la Tierra fue dinámico y se desarrolló de forma intermitente hasta hace quizás unos 2.200 millones de años. Nuestros datos validan esta hipótesis, e incluso van un paso más allá al extender la misma dinámica al océano».

Al frente de un equipo internacional de científicos y con el apoyo del programa de Exobiología de la NASA, Ostrander se centró en el estudio de esquistos marinos de una unidad estratigráfica sudafricana llamada 'Supergrupo Transvaal', lo que arrojó información sobre la dinámica de la oxigenación de los océanos durante este período crucial de la historia de la Tierra. Al analizar las proporciones de isótopos estables de talio y otros elementos, en efecto, los investigadores descubrieron pruebas de fluctuaciones en los niveles de oxígeno marino que coincidían casi a la perfección con cambios en el oxígeno atmosférico. Un paso importante para comprender cómo la Tierra fue 'allanando el camino' para que la vida evolucionara y llegara a convertirse en lo que hoy conocemos.

«En realidad no sabemos lo que estaba pasando en los océanos -continúa Ostrander-, donde probablemente se originaron y evolucionaron las primeras formas de vida del planeta. Por lo tanto, conocer el contenido de oxígeno oceánico y cómo evolucionó con el tiempo es algo probablemente más importante para la vida temprana que la propia atmósfera».

La investigación se basa en trabajos anteriores de los coautores del artículo Simon Poulton, de la Universidad de Leeds en Reino Unido, y Andrey Bekker, de la Universidad de California en Riverside, cuyo equipo descubrió, en 2021, que el O2 no se convirtió en parte permanente de la atmósfera hasta unos 200 millones de años después de que comenzara el proceso de oxigenación global. Es decir, mucho más tarde de lo que se pensaba anteriormente.

La prueba irrefutable de una atmósfera anóxica (sin oxígeno) es la presencia de firmas de isótopos de azufre poco comunes en registros sedimentarios anteriores al Gran Evento de Oxigenación. Muy pocos procesos en la Tierra, de hecho, pueden generar estas firmas y, por lo que se sabe, su preservación en el registro de rocas requiere casi con total certeza la ausencia de oxígeno atmosférico.

Durante la primera mitad de la existencia de la Tierra (es decir, durante sus primeros 2.000 millones de años), no había prácticamente oxígeno en la atmósfera y en los océanos. Al parecer, ya antes del GOE ciertas cianobacterias oceánicas eran capaces de producirlo, pero en aquellos días el O2 se destruía rápidamente en reacciones con minerales y gases volcánicos. Por eso, descubrir que las de por sí raras firmas de isótopos de azufre desaparecen después vuelven a aparecer, sugiere que hubo múltiples aumentos y caídas en los niveles de oxígeno atmosférico durante el GOE. Es decir, que no fue un 'evento' único.

«La Tierra no estaba preparada para ser oxigenada cuando se empieza a producir oxígeno -explica Ostrander-. El planeta necesitaba tiempo para evolucionar biológica, geológica y químicamente antes de ser propicio para la oxigenación. Es como un balanceo. Hay producción de oxígeno, pero a la vez hay tanta destrucción de oxígeno que no llega a ocurrir nada. Todavía estamos tratando de determinar cuándo se inclinó completamente la balanza y la Tierra ya no pudo regresar a una atmósfera anóxica».

Para mapear los niveles de O2 en el océano durante las distintas etapas del GOE, los investigadores se basaron en la experiencia de Ostrander con isótopos estables de talio. Los isótopos son átomos de un mismo elemento pero con un número distinto de neutrones, lo que les confiere pesos ligeramente diferentes. Las proporciones de isótopos de elementos particulares han impulsado muchas veces importantes descubrimientos en arqueología, geoquímica y otros campos científicos.

Por otro lado, los avances en espectrometría de masas han permitido a los investigadores analizar con precisión las proporciones de isótopos de elementos cada vez menos pesados de la tabla periódica, como es el caso del talio. Y en los minerales analizados, Ostrander y su equipo encontraron enriquecimientos notables del isótopo de talio de masa más ligera (203Tl), algo que se explica mejor si existe al mismo tiempo una acumulación de O2 en el agua marina.

Dichos enriquecimientos, además, se encontraron en las mismas muestras que también carecían de las raras firmas de isótopos de azufre y que, por lo tanto, se formaron cuando la atmósfera ya no era anóxica. Pero la 'guinda del pastel' fue comprobar que los enriquecimientos de 203Tl desaparecen al mismo tiempo que las firmas de isótopos de azufre regresan.

«Al mismo tiempo que los isótopos de azufre nos dicen que la atmósfera se oxigenó -concluye Ostrander-, los isótopos de talio nos dicen que los océanos también se oxigenaron. Y cuando los isótopos de azufre dicen que la atmósfera volvió a ser anóxica, los isótopos de talio dicen lo mismo para el océano. De modo que la atmósfera y el océano estaban ganando y perdiendo oxígeno juntos y a la vez. Una información nueva y muy interesante para los que estudiamos la Tierra antigua».