Descifrando la Antigua Atmósfera de la Tierra: El Papel de la Vida en la Formación de Nuestro Mundo

Durante más de 500 millones de años, la atmósfera, los océanos y la vida en la Tierra han coevolucionado, mejorando las condiciones para los organismos. Los científicos descubrieron que las algas oceánicas regulaban los niveles de dióxido de carbono y oxígeno, mejorando la fotosíntesis y la habitabilidad. Investigaciones futuras mapearán patrones de oxígeno en el océano y biomarcadores de fotosíntesis en registros fósiles. Crédito: SciTechDaily.com

Un reciente estudio científico rastrea la coevolución de la atmósfera, los océanos y la vida en la Tierra durante más de 500 millones de años, revelando cómo organismos como las algas han modificado y adaptado a las cambiantes condiciones ambientales, mejorando en última instancia la habitabilidad de la Tierra.

En los últimos 500 millones de años, las interacciones entre la atmósfera, el océano y la vida en la Tierra han creado condiciones que permitieron a los primeros organismos prosperar. Un equipo interdisciplinario de científicos ha publicado un artículo de perspectiva sobre esta historia de coevolución en la revista multidisciplinaria de acceso abierto National Science Review.

“Una de nuestras tareas fue resumir los descubrimientos más importantes sobre el dióxido de carbono y el oxígeno en la atmósfera y el océano durante los últimos 500 millones de años”, dice Zunli Lu, profesor de geoquímica de la Universidad de Syracuse y autor principal del artículo. “Revisamos cómo esos cambios físicos afectaron la evolución de la vida en el océano. Pero es bidireccional. La evolución de la vida también impactó en el entorno químico. No es tarea trivial entender cómo construir una Tierra habitable a lo largo de escalas de tiempo largas”

El equipo de la Universidad de Syracuse, la Universidad de Oxford y la Universidad de Stanford exploró las complejas retroalimentaciones entre formas de vida antiguas, incluidas plantas y animales, y el entorno químico en el actual Eón Fanerozoico, que comenzó hace aproximadamente 540 millones de años.

Al comienzo del Fanerozoico, los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera eran altos y los niveles de oxígeno bajos. Tal condición sería difícil para que muchos organismos modernos prosperen. Pero las algas oceánicas cambiaron eso. Absorbieron dióxido de carbono de la atmósfera, lo fijaron en materia orgánica y produjeron oxígeno a través de la fotosíntesis.

La capacidad de los animales para vivir en un entorno oceánico fue afectada por los niveles de oxígeno. Lu está investigando dónde y cuándo los niveles de oxígeno en el océano pueden haber aumentado o disminuido durante el Fanerozoico utilizando proxies geoquímicos y simulaciones de modelos. Jonathan Payne, coautor y profesor de ciencias terrestres y planetarias en la Universidad de Stanford, compara los requisitos metabólicos estimados de un animal antiguo con los lugares donde sobrevivió o desapareció en el registro fósil.

A medida que las algas fotosintéticas eliminaban el carbono atmosférico en rocas sedimentarias para reducir el dióxido de carbono y elevar los niveles de oxígeno, las enzimas de las algas se volvían menos eficientes en la fijación de carbono. Por lo tanto, las algas tuvieron que encontrar formas más complicadas de realizar la fotosíntesis en niveles más bajos de dióxido de carbono y más altos de oxígeno. Lograron esto creando compartimentos internos para la fotosíntesis con control sobre la química.

“Para las algas, son los cambios en la proporción ambiental de O2/CO2 los que parecen ser clave para impulsar la eficiencia fotosintética mejorada”, dice Rosalind Rickaby, coautora y profesora de geología en Oxford. “Lo que realmente intriga es que estas mejoras en la eficiencia fotosintética pueden haber ampliado el sobre químico de habitabilidad para muchas formas de vida”

Los fotosintetizadores antiguos tuvieron que adaptarse a cambios en el entorno físico que ellos mismos habían creado, señala Lu. “La primera parte de la historia del Fanerozoico es aumentar la habitabilidad para la vida, y luego la segunda parte es la adaptación.”

Si los científicos desean comprender mejor esta interacción entre vida y entorno físico, así como los impulsores y límites de la habitabilidad, los autores sugieren que mapear los patrones espaciales de oxígeno oceánico, biomarcadores para la fotosíntesis y la tolerancia metabólica de los animales mostrados en registros fósiles será una dirección clave para futuras investigaciones.

Referencia: “Coevolución Fanerozoica de O2-CO2 y habitabilidad oceánica” por Zunli Lu, Rosalind E M Rickaby, Jonathan L Payne y Ashley N Prow, 15 de marzo de 2024, National Science Review. DOI: 10.1093/nsr/nwae099