Durante tres mil millones de años o más, la evolución de la primera vida animal en la Tierra estaba lista para suceder, prácticamente esperando entre bastidores. Pero el oxígeno respirable que necesitaba no estaba allí y la falta de nutrientes simples puede haber sido la culpable.

Luego vino una feroz metamorfosis planetaria. Hace aproximadamente 800 millones de años, a finales del Eón Proterozoico, fósforo, un elemento químico esencial para toda la vida, comenzó a acumularse en zonas oceánicas poco profundas cerca de las costas, ampliamente consideradas como el lugar de nacimiento de animales y otros organismos complejos, según un nuevo estudio realizado por geocientíficos del Instituto de Tecnología de Georgia y la Universidad de Yale.

Junto con la acumulación de fósforo vino una reacción química en cadena global, que incluía otros nutrientes, que impulsaba a los organismos a bombear oxígeno a la atmósfera y los océanos. Poco después de esa transición, olas de extremos climáticos barrieron el mundo, congelarlo dos veces durante decenas de millones de años cada vez, se sostiene una teoría muy respetada. La elevada disponibilidad de nutrientes y el oxígeno reforzado también probablemente impulsaron el mayor avance de la evolución.

Después de miles de millones de años, durante el cual la vida consistió casi en su totalidad en organismos unicelulares, los animales evolucionaron. En primer lugar, eran extremadamente simples, parecido a las esponjas o medusas de hoy, pero la Tierra estaba en camino de ser, por eones, un planeta menos hospitalario para la vida compleja para convertirse en uno lleno de ella.

La verdadera génesis de la Tierra

En los últimos cientos de millones de años, la biodiversidad ha florecido, conduciendo a densas selvas y pastizales que resuenan con las llamadas de los animales, y aguas que se retuercen con todas las formas de aletas y colores de escamas. Y casi todas las etapas de desarrollo han dejado su huella en el registro fósil.

Los investigadores tienen cuidado de no dar a entender que el fósforo necesariamente causó la reacción en cadena, pero en rocas sedimentarias extraídas de zonas costeras, el nutriente ha marcado el lugar donde despegó el estallido de vida y el cambio climático. "El momento es definitivamente conspicuo, "dijo Chris Reinhard, profesor asistente en la Escuela de Ciencias de la Tierra y Atmosféricas de Georgia Tech.

Reinhard y Noah Planavsky, un geoquímico de la Universidad de Yale, quienes encabezaron la investigación juntos, han extraído registros de rocas sedimentarias que se formaron en antiguas zonas costeras, descendiendo capa por capa hasta hace 3.500 millones de años, para calcular cómo evolucionó el ciclo del fósforo fertilizante esencial y cómo pareció desempeñar un papel importante en una verdadera génesis.

Notaron una notable congruencia a medida que se movían hacia arriba a través de las capas de esquisto hacia el período de tiempo en el que comenzó la vida animal. a finales del Eón Proterozoico.

"El cambio más básico fue de una disponibilidad muy limitada de fósforo a una disponibilidad mucho mayor de fósforo en las aguas superficiales del océano, "Dijo Reinhard." Y la transición pareció ocurrir justo en el momento en que hubo cambios muy grandes en los niveles de oxígeno del océano y la atmósfera y justo antes de la aparición de los animales ".

Fósforo en la playa

Reinhard y Planavsky, junto con un equipo internacional, han propuesto que la captación de nutrientes en un mundo anóxico (casi libre de O2) atrofia los organismos fotosintéticos que, de otro modo, habían estado preparados durante al menos dos mil millones de años para producir reservas de oxígeno. Luego, ese sistema equilibrado se trastornó y el fósforo oceánico llegó a las aguas costeras.

Los científicos publicaron sus hallazgos en la revista. Naturaleza El miércoles, 21 de diciembre 2016. Su investigación fue financiada por la National Science Foundation, el Instituto de Astrobiología de la NASA, la Fundación Sloan y la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia.

El trabajo ofrece una nueva visión de los factores que permitieron que la vida reformara la atmósfera de la Tierra. Ayuda a sentar una base que los científicos pueden aplicar para hacer predicciones sobre lo que permitiría que la vida altere las atmósferas de los exoplanetas. y puede inspirar estudios más profundos, aquí en la tierra, de cómo la química oceánica-atmosférica impulsa la inestabilidad climática e influye en el ascenso y la caída de la vida a lo largo de los siglos.

Cianobacterias la madre de O2

Seres vivos complejos, incluidos los animales, Por lo general, tienen un metabolismo inmenso y requieren mucho O2 para impulsarlo. La evolución de los animales es impensable sin él.

El camino para comprender cómo una escasez de nutrientes acabaría con la producción de oxígeno respirable nos lleva a un tipo muy especial de bacteria llamada cianobacteria. la madre del oxígeno en la Tierra.

"La única razón por la que tenemos un planeta bien oxigenado en el que podemos vivir es debido a la fotosíntesis oxigenada, "Planavsky dijo." El O2 es el producto de desecho de las células fotosintetizadoras, como las cianobacterias, combinando CO2 y agua para construir azúcares ".

Y la fotosíntesis es una singularidad evolutiva, lo que significa que solo evolucionó una vez en la historia de la Tierra:en cianobacterias.

Algunos otros fenómenos biológicos evolucionaron repetidamente en docenas o cientos de incidentes no relacionados a lo largo de las edades, como la transición de organismos unicelulares a organismos multicelulares rudimentarios. Pero los científicos confían en que la fotosíntesis oxigenada evolucionó solo esta vez en la historia de la Tierra, solo en cianobacterias, y todas las plantas y otros seres de la Tierra que realizan la fotosíntesis cooptaron el desarrollo.

El ancla de hierro

A las cianobacterias se les atribuye haber llenado la atmósfera de la Tierra con O2, y han existido durante 2.500 millones de años o más.

Eso plantea la pregunta:¿Por qué tomó tanto tiempo? Los nutrientes básicos que alimentaban a las bacterias no estaban fácilmente disponibles, la hipótesis del científico. El fósforo que Planavsky y Reinhard rastrearon específicamente, estuvo en el océano durante miles de millones de años, también, pero estaba atado en los lugares equivocados.

Por eones, el hierro mineral, que una vez saturaron los océanos, probablemente unido con fósforo, y lo hundió hasta las oscuras profundidades del océano, lejos de esos bajíos, también llamados márgenes continentales, donde las cianobacterias lo habrían necesitado para prosperar y producir oxígeno. Incluso hoy, El hierro se usa para tratar aguas contaminadas con fertilizantes para eliminar el fósforo al hundirlo como sedimento profundo.

Los investigadores también utilizaron un modelo geoquímico para mostrar cómo un sistema global con alta concentración de hierro y baja disponibilidad de fósforo combinado con baja disponibilidad de nitrógeno en aguas poco profundas del océano podría perpetuarse en un mundo con poco oxígeno.

"Parece haber sido un sistema planetario tan estable, ", Dijo Reinhard." Pero obviamente no es el planeta en el que vivimos ahora, entonces la pregunta es, ¿Cómo hicimos la transición de este estado de bajo oxígeno a donde estamos ahora? "

Lo que finalmente causó ese cambio es una cuestión para futuras investigaciones.

Pistola de fósforo de arranque

Pero algo cambió hace unos 800 millones de años, y las cianobacterias y otros organismos diminutos en los ecosistemas del margen continental obtuvieron más fósforo, la columna vertebral del ADN y el ARN, y un actor principal en el metabolismo celular. Las bacterias se volvieron más activas, reproducido más rápidamente, comió mucho más fósforo y produjo mucho más O2.

"El fósforo no solo es esencial para la vida, Planavsky dijo:"Lo que está implícito en todo esto es que puede controlar la cantidad de vida en nuestro planeta".

Cuando murieron las bacterias recién multiplicadas, Cayeron al suelo de esas aguas poco profundas del océano, apilando capa por capa para descomponer y enriquecer el barro con fósforo. El barro finalmente se comprimió hasta convertirse en piedra.

"A medida que la biomasa aumentaba en contenido de fósforo, cuanto más aterrizó en capas de roca sedimentaria, "Dijo Reinhard." A los científicos, ese esquisto son las páginas del libro de historia del fondo marino ".

Los científicos los han hojeado durante décadas, recopilación de datos. Planavsky y Reinhard analizaron unos 15, 000 registros de rocas para su estudio.

"La primera recopilación que tuvimos de esto fue de solo 600 muestras, ", Dijo Planavsky. Reinhard agregó:"Pero ya podías verlo entonces. La sacudida de fósforo fue tan clara como el día. Y a medida que la base de datos creció en tamaño, el fenómeno se volvió más arraigado ".

Esa primera señal de fósforo en los bajíos de la costa de la Tierra aparece en el registro de esquisto como un disparo de una pistola de salida en la carrera por la vida abundante.