Decodifica dell'antica atmosfera della Terra: Il ruolo della vita nella formazione del nostro mondo

Negli ultimi 500 milioni di anni, l'atmosfera, l'oceano e la vita sulla Terra hanno co-evoluto, migliorando le condizioni per gli organismi. Gli scienziati hanno scoperto che le alghe marine regolavano i livelli di anidride carbonica e ossigeno, potenziando la fotosintesi e l'abitabilità. Ricerche future mapparanno i modelli di ossigeno negli oceani e i biomarcatori della fotosintesi nei reperti fossili. Credito: SciTechDaily.com

Uno studio scientifico recente traccia la co-evoluzione dell'atmosfera, degli oceani e della vita sulla Terra negli ultimi 500 milioni di anni, rivelando come organismi come le alghe abbiano modificato e si siano adattati a condizioni ambientali mutevoli, migliorando infine l'abitabilità della Terra.

Negli ultimi 500 milioni di anni, le interazioni tra l'atmosfera, l'oceano e la vita sulla Terra hanno creato condizioni che hanno permesso agli organismi primitivi di prosperare. Un team interdisciplinare di scienziati ha pubblicato un articolo di prospettiva su questa storia di co-evoluzione nella rivista multidisciplinare ad accesso aperto National Science Review.

“Uno dei nostri compiti era riassumere le scoperte più importanti riguardanti l'anidride carbonica e l'ossigeno nell'atmosfera e nell'oceano negli ultimi 500 milioni di anni,” afferma Zunli Lu, professore di geochemica presso l'Università di Syracuse e autore principale dell'articolo. “Abbiamo esaminato come quei cambiamenti fisici hanno influenzato l'evoluzione della vita nell'oceano. Ma è una strada a due vie. Anche l'evoluzione della vita ha influenzato l'ambiente chimico. Non è una cosa banale capire come costruire una Terra abitabile su scale temporali lunghe”.

Il team dell'Università di Syracuse, dell'Università di Oxford e dell'Università di Stanford ha esplorato i feedback intricati tra forme di vita antiche, incluse piante e animali, e l'ambiente chimico nell'attuale eone Fanerozoico, iniziato circa 540 milioni di anni fa.

All'inizio del Fanerozoico, i livelli di anidride carbonica nell'atmosfera erano alti e i livelli di ossigeno erano bassi. Una condizione del genere sarebbe difficile per molti organismi moderni prosperare. Ma le alghe marine hanno modificato la situazione. Assorbivano anidride carbonica dall'atmosfera, la fissavano nella materia organica e producevano ossigeno tramite fotosintesi.

La capacità degli animali di vivere in un ambiente oceanico è stata influenzata dai livelli di ossigeno. Lu sta studiando dove e quando i livelli di ossigeno nell'oceano possano essere aumentati o diminuiti durante il Fanerozoico utilizzando dei proxy geochimici e simulazioni di modelli. Il co-autore Jonathan Payne, professore di scienze terrestri e planetarie all'Università di Stanford, confronta i requisiti metabolici stimati di un animale antico con i luoghi in cui è sopravvissuto o scomparso nei reperti fossili.

Mentre le alghe fotosintetiche rimuovevano il carbonio atmosferico in rocce sedimentarie per abbassare i livelli di anidride carbonica e aumentare i livelli di ossigeno, gli enzimi delle alghe diventavano meno efficienti nella fissazione del carbonio. Quindi, le alghe dovevano trovare modi più complicati di fare la fotosintesi a livelli più bassi di anidride carbonica e più alti di ossigeno. Hanno ottenuto questo creando compartimenti interni per la fotosintesi con controllo sulla chimica.

“Per le alghe, i cambiamenti nel rapporto ambientale O2/CO2 sembrano essere la chiave per migliorare l'efficienza fotosintetica,” afferma la co-autrice Rosalind Rickaby, che è professore di geologia a Oxford. “Ciò che è davvero intrigante è che questi miglioramenti nell'efficienza fotosintetica possono aver ampliato l'ambiente chimico di abitabilità per molte forme di vita”.

Gli antichi fotosintetizzatori hanno dovuto adattarsi ai cambiamenti nell'ambiente fisico che essi stessi avevano creato, osserva Lu. “Il primo periodo della storia del Fanerozoico è l'aumento dell'abitabilità per la vita, e poi la seconda parte è l'adattamento”.

Se gli scienziati vogliono comprendere meglio questa interazione tra vita e ambiente fisico, nonché i motivatori e i limiti dell'abitabilità, gli autori suggeriscono che mappare i modelli spaziali dell'ossigeno negli oceani, i biomarcatori della fotosintesi e la tolleranza metabolica degli animali mostrata nei reperti fossili sarà una direzione chiave per le ricerche future.

Riferimento: “Co-evoluzione Fanerozoica di O2-CO2 e abitabilità degli oceani” di Zunli Lu, Rosalind E M Rickaby, Jonathan L Payne e Ashley N Prow, 15 marzo 2024, National Science Review. DOI: 10.1093/nsr/nwae099