Los científicos han propuesto varias explicaciones para lo que se conoce como el Gran Evento de Oxidación (GOE):el aumento repentino de los niveles de oxígeno que comenzó hace unos 2.300 millones de años y que probablemente estuvo relacionado con la aparición y propagación de cianobacterias. Pero no está clara la forma precisa en que el oxígeno aumentó desde niveles bajos hasta dominar la atmósfera de la Tierra.
"Estudios anteriores han sugerido ideas diferentes sobre cómo ocurrió esto, pero en general carecían de la capacidad de examinar cómo el ecosistema en evolución podría retroalimentarse del medio ambiente e influir en la dinámica", dice Jacky Austermann, astrobiólogo de la Universidad de California, Los Ángeles. Ángeles. "Aquí mostramos que una vez que las cianobacterias productoras de oxígeno alcanzan una cierta concentración, en realidad son capaces de llevar al planeta a un estado dominado por el oxígeno".
Las cianobacterias, uno de los primeros microorganismos, se encuentran en casi todos los ecosistemas de la Tierra y se las conoce como "algas verdiazules" debido a su color de pigmento y su capacidad para realizar la fotosíntesis, un proceso que utiliza la energía del sol para convertir dióxido de carbono y agua. en azúcares.
Un subproducto de la fotosíntesis es el oxígeno. La atmósfera actual está compuesta por un 21 por ciento de oxígeno, la mayor parte del cual se cree que fue generado durante millones de años por antiguos fotosintetizadores.
Lo que no se sabe es por qué la atmósfera era tan pobre en oxígeno antes de que aparecieran las cianobacterias:se estima que era menos del 0,1 por ciento de su nivel actual, aunque incluso eso es suficiente para sustentar formas de vida simples.
Para abordar esta cuestión, Austermann y sus colegas desarrollaron un modelo para investigar el aumento y la propagación de las cianobacterias en los océanos, y simularon las condiciones en las que los océanos pasarían a estar dominados por el oxígeno.
El equipo comenzó desarrollando un modelo de océano que contiene las formas de vida más simples, que no producen oxígeno. Luego introdujeron un número limitado de cianobacterias, cuyas poblaciones comenzaron a crecer a medida que la fotosíntesis las impulsó a explotar los recursos disponibles.
Los investigadores ejecutaron su modelo varias veces, variando el número de cianobacterias iniciales y las tasas de diferentes procesos bioquímicos, como la fotosíntesis, la erosión y el consumo de oxígeno de otros microbios.
Descubrieron que existe un umbral crítico de concentración de cianobacterias más allá del cual los océanos experimentan una transición rápida e irreversible de estar dominados por organismos que no producen oxígeno a estar dominados por cianobacterias.
Si bien la densidad de población exacta en este umbral podría variar en diferentes circunstancias, el equipo calculó que se requería que la biomasa total de cianobacterias alcanzara aproximadamente una diezmilésima parte del carbono orgánico total (los componentes básicos de todos los organismos vivos) contenido dentro del ecosistema.
"Si sólo una pequeña cantidad de cianobacterias puede generar un aumento descontrolado de oxígeno, eso podría explicar la naturaleza relativamente abrupta del GOE en el registro geológico", dice Benjamin Johnson, paleobiólogo también de la UCLA.
Su modelo también identificó los factores más responsables del Gran Evento de Oxidación:fue más sensible a la fuerza de la erosión química y a la concentración de ciertos tipos de bacterias oxidantes del hierro.
Los investigadores dicen que el siguiente paso es examinar escenarios distintos de la simple tasa de crecimiento exponencial de las poblaciones de cianobacterias que utilizaron aquí, y explorar los efectos de retroalimentación de otros componentes del ciclo del carbono.
