Investigadores del Departamento de Ciencias de la Tierra de la Universidad de Syracuse han confirmado que el aumento de los niveles de oxígeno oceánico y atmosférico evolucionó conjuntamente con la vida marina hace cientos de millones de años.

Wanyi Lu, un doctorado candidato que estudia con el profesor asociado Zunli Lu (sin relación) en la Facultad de Artes y Ciencias, es el autor principal de un artículo innovador en Ciencias revista.

El documento surge de un Esfuerzo de investigación multinacional liderado por Zunli Lu que reconsidera 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 sobre 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 por encima de las plataformas continentales [es decir, la parte superior del océano] pudo haber sido una bestia diferente ".

Un elemento central de la investigación del equipo fue un proxy geoquímico que Lu fue pionero en 2010. Usando un enfoque novedoso basado en la geoquímica del yodo, él y sus colegas midieron la proporción de yodo a calcio en minerales y fósiles de carbonato de calcio.

Timothy Lyons, Profesor distinguido de biogeoquímica en la Universidad de California, Riverside (UCR), considera que la geoquímica del yodo es una "herramienta poderosa" para restringir las condiciones del oxígeno en las condiciones de superficie a cerca de la superficie del antiguo océano. "Estas son las aguas en las que aparecieron por primera vez los primeros animales, evolucionado y avanzado hacia ecologías complejas, ", dice." Los resultados de este estudio revelan dinámicas ambientales previamente inimaginables en esas primeras aguas, y esas condiciones deben haber afectado a los animales ".

Lu toma los elogios con calma, pero insiste en que los hallazgos del grupo son novedosos. "La parte superior del océano se oxigeno mucho más tarde de lo que se pensaba originalmente, " él dice.

El geoquímico de Siracusa ilustra su punto al describir una espesa neblina de metano que originalmente envolvió el planeta, dejando poco o nada de oxígeno en la atmósfera. Los microbios de fotosíntesis eventualmente produjeron suficiente energía química, haciendo que el oxígeno libre se acumule en la atmósfera. "Esto preparó el escenario para el Gran Evento de Oxidación hace unos 2.300 millones de años, " él dice.

Con la oxigenación vino el surgimiento de formas de vida multicelulares durante los siguientes mil millones de años. Entre ellos se encontraban eucariotas, cuya información genética se almacenaba dentro de un núcleo o núcleos unidos a una membrana.

La pregunta en la mente de todos en particular la de Wanyi Lu, fue cómo y cuándo el océano global se oxigeno lo suficiente para dar cabida a diversas formas de vida marina, incluidos los que viven hoy.

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

Para comprender tales observaciones en el registro de rocas, hay que apreciar los procesos biogeoquímicos y oceanográficos a gran escala, así como la composición química atmosférica. "Examinamos las funciones de estos dos controles en la capa superior del océano, utilizando un sofisticado modelo de sistema terrestre [ESM] 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 la UCR, desarrolló el marco de modelado exclusivo de GENIE, que compone una gama de simulaciones de ESM en varias escalas de tiempo. "La forma innovadora en que el equipo de Syracuse combinó las mediciones de rocas antiguas con un complejo, El modelo matemático del sistema climático global y el ciclo del carbono fue impresionante, " él dice.

Ridgwell elogia la conclusión principal del análisis final del equipo:que un cambio fundamental en los eucariotas condujo a una mayor profundidad de remineralización de la materia orgánica y, por último, un océano superior "resilientemente oxigenado". "Esto encaja perfectamente con nuestra comprensión en desarrollo de los pasos evolutivos clave tomados para crear el planeta que tenemos hoy, "dice Ridgwell, que estudia la modelización biogeoquímica y el cambio climático a largo plazo.

Lee Kump, decano de la Facultad de Ciencias de la Tierra y Minerales de Penn State, dice que los hallazgos del grupo son un poderoso recordatorio de cómo la teoría de la evolución de Darwin puede ser sólo medio correcta. "Los cambios en el medio ambiente afectan la evolución biológica, para estar seguro, pero la innovación biológica puede afectar el medio ambiente, incluso a escala global, "dice el reconocido paleoclimatólogo.

Ese no es el fin de la historia, sin embargo. 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 de la mineralización microscópica del plancton en el océano, a través del cambio en la distribución del oxígeno, podría haber tenido efectos de tan largo alcance en todo el sistema de la Tierra para aumentar el tamaño corporal promedio de los animales, ", dice." Nos recuerda la intrincada interconexión entre cada parte del ecosistema marino ".

Zunli Lu añade:"Es un excelente ejemplo de la coevolución de la vida y el planeta".