¿Cómo podemos saber algo sobre los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera en el pasado profundo de la Tierra? Pequeñas burbujas atrapadas en el hielo proporcionan muestras de aire antiguo, pero este registro se remonta a solo 800, 000 años. Para llegar más atrás los científicos deben depender de los sustitutos climáticos, o parámetros medibles que varían sistemáticamente con las condiciones climáticas.

El proxy estándar son las proporciones de isótopos de oxígeno en un pequeño zooplancton llamado foraminíferos. Hay más de 50, 000 especies diferentes de estos insectos, 10, 000 vivos y 40, 000 extintos. Debido a que las conchas de los foraminíferos registran con bastante fidelidad las proporciones de isótopos de oxígeno en el agua de mar, proporcionan una señal que se puede utilizar para inferir temperaturas antiguas.

Pero hay otro proxy potencial que acumula polvo en el archivo sedimentario:un diminuto fitoplancton llamado cocolitóforos. Se encuentran en grandes cantidades en toda la capa de luz solar del océano. Su diminuto placas con forma de tapacubos, llamados cocolitos, son el componente principal de la tiza, la formación del Cretácico Superior que aflora en los Acantilados Blancos de Dover, y un componente importante del "exudado calcáreo" que cubre gran parte del lecho marino.

Debido a que los cocolitóforos son productores primarios que son importantes para la biogeoquímica oceánica, son organismos bien estudiados. Se utilizan menos para reconstrucciones paleoceanográficas que los foraminíferos, sin embargo, porque crean sus placas dentro de sus células en lugar de precipitarlas directamente del agua de mar. Esto significa que hay una gran sobreimpresión biológica en la señal climática que dificulta su interpretación.

Pero nuevos hallazgos, publicado en la edición del 28 de febrero de la revista Comunicaciones de la naturaleza , podría cambiar eso. Recreando el entorno prehistórico en condiciones de laboratorio, un equipo de científicos de la Universidad de Oxford, incluido Harry McClelland, ahora un asociado de investigación postdoctoral en la Universidad de Washington en St. Louis, y el Laboratorio Marino de Plymouth cultivó varias especies diferentes de esta alga, cada uno con diferentes niveles de carbono.

Con estos datos experimentales, crearon un modelo matemático de los flujos de carbono en la célula del cocolitóforo que explica variaciones previamente inexplicables en la composición isotópica de las plaquetas que producen las algas y proporciona el marco para el desarrollo de un nuevo conjunto de proxies.

Bien entendido, el "ruido" puede ser en sí mismo una señal. Los cocolitos proporcionan una ventana a la biología antigua y al clima, Dijo McClelland.

Cocolitos pesados ​​y ligeros

McClelland explica que los científicos comenzaron con un misterio. Los cocolitos se habían dividido en dos grupos, un grupo ligero y otro pesado, en función de si las plaquetas que precipitaban eran más pobres o más ricas en el isótopo pesado más raro de carbono en comparación con el carbonato de calcio formado por procesos físicos (abióticos). Las desviaciones de la norma abiótica fueron "grandes y enigmáticas, ", Dijo McClelland.

Los isótopos pesados ​​experimentan las mismas reacciones químicas que los isótopos ligeros, pero, simplemente porque tienen masas ligeramente diferentes, lo hacen a ritmos ligeramente diferentes. Estas pequeñas diferencias en las velocidades de reacción hacen que los productos de las reacciones tengan diferentes proporciones de isótopos que los materiales de origen.

Los cocolitóforos realizan la química del carbono relevante en dos compartimentos celulares diferentes:el cloroplasto, donde tiene lugar la fotosíntesis, y vesículas de cocolitos, donde se precipitan las plaquetas. El principal problema de descifrar su registro isotópico que dejan las algas es que estos dos procesos impulsan la composición isotópica de la reserva de carbono en direcciones opuestas.

En sus cloroplastos, los cocolitóforos toman carbono inorgánico y lo convierten en moléculas biológicas. Este proceso avanza mucho más rápidamente para el CO2 que contiene el isótopo ligero de carbono, provocando que la composición isotópica se desvíe hacia la variante más pesada. Plaquetas que crecen en vesículas de cocolitos, por otra parte, incorporar preferentemente la forma más pesada de carbono de la reserva de sustrato.

El equipo eligió varias especies de cocolitóforos, tanto ligero como pesado, y los cultivé en el laboratorio:"no es tan diferente de la jardinería, McClelland dijo "... y luego construyó un modelo matemático de la célula que podría predecir los resultados isotópicos en todas las especies para las que había datos disponibles".

Pudieron demostrar que la relación entre la calcificación y la fotosíntesis determina si las plaquetas son isotópicamente más pesadas o más ligeras que el carbonato de calcio abiogénico. Pudieron explicar el tamaño de la partida y su dirección.

Para McClelland, la parte más emocionante del estudio es que abre una ventana a la biología de las criaturas antiguas. Cuando la gente usa foraminíferos como proxy climático, él dijo, Por lo general, eligen una especie y asumen un efecto biológico constante, o compensación. Pero podemos ver el impacto de la biología variable en las firmas químicas de los cocolitóforos.

Con más investigación, dijo McClelland dijo, Las proporciones isotópicas basadas en cocolitos podrían convertirse en un paleobarómetro que nos ayudaría a comprender la sensibilidad del sistema climático al dióxido de carbono atmosférico.

"Nuestro modelo permite a los científicos comprender las señales de las algas del pasado, como nunca antes. Desbloquea el potencial de los cocolitóforos fosilizados para convertirse en una herramienta de rutina, utilizado en el estudio de la fisiología de las algas antiguas y, en última instancia, también como un registrador de los niveles de CO2 pasados, "dijo la autora principal Rosalind Rickaby, profesor de biogeoquímica en Oxford.