Un largo día para los microbios y el aumento del oxígeno en la Tierra
La vida actual en la Tierra depende de la presencia de oxígeno. Sin embargo, el proceso de aumento gradual de los niveles de oxígeno en la atmósfera, que tuvo lugar a lo largo de casi dos mil millones de años, sigue siendo objeto de debate. Un equipo internacional de científicos en torno a Judith Klatt, del Instituto Max Planck de Microbiología Marina de Bremen (Alemania), propone una intrigante explicación: que el aumento de la duración del día, resultante de la ralentización de la rotación de la Tierra, podría haber permitido a los microbios liberar más oxígeno, creando así el aire que respiramos hoy. Ahora presentan su resultado en Nature Geosciences.
Prácticamente todo el oxígeno de la Tierra fue y es producido por la fotosíntesis, que fue inventada por unos organismos diminutos, las cianobacterias, cuando nuestro planeta era todavía un lugar bastante inhabitable. Las cianobacterias evolucionaron hace más de 2.400 millones de años, pero la Tierra se transformó lentamente en el planeta rico en oxígeno que conocemos hoy. "No entendemos del todo por qué tardó tanto tiempo ni qué factores controlaron la oxigenación de la Tierra", explica la geomicrobióloga Judith Klatt. "Pero al estudiar las esteras de cianobacterias del sumidero de Middle Island, en el lago Hurón, en Michigan, que viven en condiciones parecidas a las de la Tierra primitiva, se me ocurrió una idea".
Las cianobacterias son tardías
Klatt trabajó con un equipo de investigadores en torno a Greg Dick, de la Universidad de Michigan. El agua del sumidero de Middle Island, donde las aguas subterráneas se filtran desde el fondo del lago, es muy baja en oxígeno. "La vida en el fondo del lago es principalmente microbiana y sirve como análogo de trabajo para las condiciones que prevalecieron en nuestro planeta durante miles de millones de años", dice Bopi Biddanda, un ecólogo microbiano colaborador de la Universidad Estatal de Grand Valley. Los microbios que allí se encuentran son principalmente cianobacterias púrpuras productoras de oxígeno que compiten con las bacterias blancas oxidantes del azufre. Las primeras generan energía con la luz solar, las segundas con la ayuda del azufre. Para sobrevivir, estas bacterias ejecutan una pequeña danza cada día: Desde el atardecer hasta el amanecer, las bacterias que comen azufre se colocan encima de las cianobacterias, bloqueando su acceso a la luz solar. Cuando sale el sol por la mañana, las bacterias devoradoras de azufre se desplazan hacia abajo y las cianobacterias suben a la superficie de la alfombra. "Ahora pueden empezar a hacer la fotosíntesis y producir oxígeno", explica Klatt. "Sin embargo, tardan unas horas en ponerse en marcha de verdad, hay un gran retraso por la mañana. Parece que las cianobacterias son más tardías que matutinas". En consecuencia, su tiempo de fotosíntesis se limita a unas pocas horas al día. Cuando Brian Arbic, oceanógrafo físico de la Universidad de Michigan, se enteró de este baile microbiano diurno, planteó una pregunta intrigante: "¿Podría esto significar que los cambios en la duración del día habrían influido en la fotosíntesis a lo largo de la historia de la Tierra?"
La duración del día en la Tierra no ha sido siempre de 24 horas. "Cuando se formó el sistema Tierra-Luna, los días eran mucho más cortos, posiblemente hasta seis horas", explicó Arbic. Después, la rotación de nuestro planeta se ralentizó debido al tirón de la gravedad de la Luna y a la fricción de las mareas, y los días se hicieron más largos. Algunos investigadores también sugieren que la desaceleración de la rotación de la Tierra se interrumpió durante unos mil millones de años, coincidiendo con un largo período de bajos niveles de oxígeno a nivel mundial. Tras esa interrupción, cuando la rotación de la Tierra empezó a ralentizarse de nuevo hace unos 600 millones de años, se produjo otra gran transición en las concentraciones globales de oxígeno. Tras observar la asombrosa similitud entre el patrón de oxigenación de la Tierra y la tasa de rotación a lo largo de las escalas de tiempo geológicas, a Klatt le fascinó la idea de que podría existir un vínculo entre ambos, un vínculo que iba más allá del retraso de la fotosíntesis "tardía" observado en el sumidero de la Isla del Medio. "Me di cuenta de que la duración del día y la liberación de oxígeno de los tapetes microbianos están relacionados por un concepto muy básico y fundamental: Durante los días cortos, hay menos tiempo para que se desarrollen gradientes y, por lo tanto, menos oxígeno puede escapar de los tapetes", planteó Klatt.
De los tapetes bacterianos al oxígeno global
Klatt se asoció con Arjun Chennu, que entonces también trabajaba en el Instituto Max Planck de Microbiología Marina y ahora dirige su propio grupo en el Centro Leibniz de Investigación Marina Tropical (ZMT) de Bremen. Basándose en un software de código abierto desarrollado por Chennu para este estudio, investigaron cómo se vincula la dinámica de la luz solar con la liberación de oxígeno de las esteras. "La intuición sugiere que dos días de 12 horas deberían ser similares a un día de 24 horas. La luz solar sale y cae dos veces más rápido, y la producción de oxígeno sigue el mismo ritmo. Pero la liberación de oxígeno de los tapetes bacterianos no lo hace, porque está limitada por la velocidad de difusión molecular. Este sutil desacoplamiento de la liberación de oxígeno de la luz solar está en el corazón del mecanismo", dijo Chennu.
Para entender cómo los procesos que ocurren dentro de un día pueden afectar a la oxigenación a largo plazo, Klatt y sus colegas incorporaron sus resultados en modelos globales de los niveles de oxígeno. El análisis sugiere que el aumento de la liberación de oxígeno debido al cambio de la duración del día podría haber impulsado los niveles de oxígeno a nivel global. Se trata de un vínculo entre la actividad de organismos diminutos y los procesos globales. "Unimos leyes físicas que operan a escalas muy diferentes, desde la difusión molecular hasta la mecánica planetaria. Demostramos que existe un vínculo fundamental entre la duración del día y la cantidad de oxígeno que pueden liberar los microbios que habitan en el suelo", afirma Chennu. "Es muy emocionante. Así vinculamos la danza de las moléculas en el tapete microbiano con la danza de nuestro planeta y su Luna". En general, los dos principales acontecimientos de oxigenación (saltos en la concentración de oxígeno) en la historia de la Tierra -el Gran Acontecimiento de Oxidación de hace más de dos mil millones de años y el posterior Acontecimiento de Oxigenación del Neoproterozoico- podrían estar relacionados con el aumento de la duración del día. Por lo tanto, el aumento de la duración del día podría haber impulsado la productividad neta bentónica lo suficiente como para influir en los niveles de oxígeno atmosférico. "Hacer malabares con esta amplia gama de escalas temporales y espaciales fue alucinante, y muy divertido", concluye Klatt.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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