El aumento del oxígeno co-evolucionó con la vida marina

El aumento de los niveles de oxígeno atmosférico y oceánico co-evolucionó con la vida marina hace cientos de millones de años, según un estudio de la Universidad de Siracusa.

La investigadora Wanyi Lu, que estudia bajo el profesor asociado Zunli Lu en la Facultad de Artes y Ciencias, es la autora principal de un documento que se publica en la revista 'Science'. El informe surge de un esfuerzo multinacional de investigación liderado por Zunli Lu, que replantea las causas y los impactos del aumento de la oxigenación en las plataformas continentales durante el Eón Fanerozoico actual, que comenzó hace más de 542 millones de años.

"La mayoría de los estudios de la historia del oxígeno se centran en la atmósfera y los océanos profundos, con implicaciones en la evolución de la vida", dice Zunli Lu. "Creemos que el nivel de oxígeno oceánico en la columna de agua sobre las plataformas continentales [es decir, el océano superior] puede haber sido una bestia diferente", afirma.

Un elemento central de la investigación del equipo fue un agente geoquímico del que Lu fue pionera en 2010. Utilizando un enfoque novedoso basado en la geoquímica del yodo, él y sus colegas midieron la proporción de yodo a calcio en los minerales y fósiles de carbonato de calcio. Según el profesor de Biogeoquímica Timothy Lyons de la Universidad de California, Riverside (UCR), la geoquímica del yodo es una "herramienta poderosa" para restringir las condiciones de oxígeno en las condiciones de superficie cerca de la superficie del océano antiguo.

"Estas son las aguas en las que aparecieron los primeros animales, evolucionaron y avanzaron hacia ecologías complejas --subraya--. Los resultados de este estudio revelan una dinámica ambiental previamente inimaginable en aquellas aguas tempranas, y esas condiciones deben haber impactado en los animales".

Según Lu, los hallazgos del equipo son novedosos. "El océano superior se oxigenó bien mucho más tarde de lo que se pensaba originalmente", dice, ilustrando su planteamiento al describir una espesa neblina de metano que originalmente envolvió al planeta, dejando poco o nada de oxígeno en la atmósfera. Los microbios fotosintetizados finalmente produjeron suficiente energía química, lo que causó la acumulación de oxígeno libre en la atmósfera.

"Esto preparó el escenario para el Gran Evento de Oxidación hace unos 2.300 millones de años", sentencia. Con la oxigenación vino el aumento de las formas de vida multicelulares durante los siguientes 1.000 millones de años. Entre ellos había eucariotas, cuya información genética estaba almacenada dentro de un núcleo o núcleos unidos a la membrana. La cuestión en la mente de todos, especialmente Wanyi Lu, era cómo y cuándo el océano global se oxigenó lo suficiente como para acomodar diversas formas de vida marina, incluidas las vivas hoy en día.

"Nuestros datos de yodo son consistentes con un aumento importante en el nivel de oxígeno atmosférico que se produjo hace unos 400 millones de años", sostiene Lu, cuyos estudios de doctorado implican la geoquímica de baja temperatura y los cambios ambientales globales. "Sin embargo, los niveles de oxígeno en el océano superior no se estabilizaron en condiciones casi modernas hasta hace 200 millones de años, cuando el plancton eucariótico más grande dominaba los océanos del mundo. El momento tiene mucho sentido", explica.

REMINERALIZACIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA

Para comprender estas observaciones en el registro de rocas, se deben apreciar los procesos biogeoquímicos y oceanográficos a gran escala, así como la composición química atmosférica. "Examinamos los roles de estos dos controles en la parte superior del océano, utilizando un sofisticado Modelo de Sistema de la Tierra [ESM, por sus siglas en inglés] con un nombre interesante: GENIE, que es la abreviatura de 'Grid-ENabled Integrated Earth", dice Zunli Lu.

Andy Ridgwell, profesor de Ciencias de la Tierra en UCR, desarrolló el marco de modelado de la firma GENIE, que compone una gama de simulaciones de ESM en varias escalas de tiempo. "La forma innovadora en que el equipo de Siracusa combinó las mediciones de rocas antiguas con un complejo modelo matemático del sistema climático global y el ciclo del carbono fue impresionante", dice.

Ridgwell elogia la principal conclusión del análisis final del equipo: que un cambio fundamental en eucariotas dio lugar a una mayor profundidad de remineralización de la materia orgánica y, en última instancia, a un océano superior "resilientemente oxigenado". "Esto encaja perfectamente con nuestra comprensión en desarrollo de los principales pasos evolutivos dados para crear el planeta que tenemos hoy", señala Ridgwell, que estudia los modelos biogeoquímicos y el cambio climático a largo plazo.

Lee Kump, decano de la Facultad de Ciencias Minerales y de la Tierra en Penn State, dice que los hallazgos del equipo son un potente recordatorio de cómo la teoría de la evolución de Darwin puede ser correcta a medias. "Los cambios en el medio ambiente afectan a la evolución biológica, sin duda, pero la innovación biológica puede afectar al medio ambiente, incluso a escala mundial", dice el paleoclimatólogo.

Por su parte, Ros Rickaby, profesor de Geoquímica en la Universidad de Oxford, Reino Unido, dice que los hallazgos también refuerzan el vínculo entre la oxigenación y el tamaño del cuerpo de los animales marinos.

"Es increíble pensar que el creciente éxito del plancton mineralizante microscópico en el océano, a través del cambio en la distribución de oxígeno, podría haber tenido efectos de gran alcance en todo el sistema de la Tierra para aumentar el tamaño corporal promedio de los animales --destaca--. Nos recuerda la intrincada interconexión entre cada parte del ecosistema marino". Mientras, Zunli Lu agrega que es un "excelente ejemplo de la coevolución de la vida y el planeta".