La cantidad de biomasa - vida - en los océanos antiguos de la Tierra puede haber sido limitada debido al bajo reciclaje del fósforo, un nutriente clave, según una nueva investigación de la Universidad de Washington y la Universidad de St. Andrews en Escocia.

La investigación, publicado en línea el 22 de noviembre en la revista Avances de la ciencia , también comenta sobre el papel del vulcanismo en el apoyo a la biosfera primitiva de la Tierra, e incluso puede aplicarse a la búsqueda de vida en otros mundos.

El autor principal del artículo es Michael Kipp, un estudiante de doctorado de la UW en ciencias de la Tierra y el espacio; la coautora es Eva Stüeken, investigador de la Universidad de St. Andrews y ex investigador postdoctoral de la Universidad de Washington. Roger Buick, Profesor de Ciencias de la Tierra y el espacio de la Universidad de Washington, aconsejó a los investigadores.

Su objetivo, Kipp dijo:fue utilizar modelos teóricos para estudiar cómo han cambiado los niveles de fósforo en los océanos a lo largo de la historia de la Tierra.

"Estábamos interesados ​​en el fósforo porque se cree que es el nutriente que limita la cantidad de vida que hay en el océano, junto con el carbono y el nitrógeno, ", dijo Kipp." Cambias la cantidad relativa de esos y cambias, básicamente, la cantidad de productividad biológica ".

Kipp dijo que su modelo muestra que la capacidad del fósforo para reciclarse en el océano antiguo "era mucho menor que en la actualidad, tal vez del orden de 10 veces menos ".

Toda vida necesita abundante alimento para prosperar, y el elemento químico fósforo, que llega al océano desde los ríos en forma de fosfato, es un nutriente clave. Una vez en el océano el fósforo se recicla varias veces ya que organismos como el plancton o las algas eucariotas que lo "comen" son a su vez consumidos por otros organismos.

"Como estos organismos utilizan el fósforo, ellos a su vez son pastoreados, o mueren y otras bacterias descomponen su materia orgánica, "dijo Kipp, "y liberan parte de ese fósforo de regreso al océano. En realidad, se repite varias veces, "permitiendo que el fósforo liberado se acumule en el océano. La cantidad de reciclaje es un control clave sobre la cantidad de fósforo total en el océano, que a su vez sostiene la vida.

Buick explicó:"Todo jardinero sabe que sus plantas solo crecen pequeñas y descuidadas sin fertilizantes de fosfato. Lo mismo se aplica a la vida fotosintética en los océanos, donde el 'fertilizante' de fosfato proviene en gran parte del fósforo liberado por la degradación del plancton muerto ".

Pero todo esto requiere oxígeno. En los océanos ricos en oxígeno de hoy, casi todo el fósforo se recicla de esta manera y poco cae al fondo del océano. Hace varios miles de millones de años, en la era precámbrica, sin embargo, había poco o nada de oxígeno en el medio ambiente.

"Hay algunas alternativas al oxígeno que podrían usar ciertas bacterias, dijo el coautor Stüeken. "Algunas bacterias pueden digerir los alimentos usando sulfato. Otras usan óxidos de hierro". Sulfato, ella dijo, fue el control más importante sobre el reciclaje de fósforo en la era Precámbrica.

"Nuestro análisis muestra que estas vías alternativas fueron la ruta dominante de reciclaje de fósforo en el Precámbrico, cuando el oxígeno era muy bajo, "Dijo Stüeken." Sin embargo, son mucho menos efectivos que la digestión con oxígeno, lo que significa que solo se podría digerir una cantidad menor de biomasa. Como consecuencia, se habría reciclado mucho menos fósforo, y, por tanto, la productividad biológica total se habría suprimido en relación con la actual ".

Kipp comparó el océano con poco oxígeno de la Tierra primitiva con una especie de entorno "enlatado", con oxígeno sellado:"Es un sistema cerrado. Si se remonta a los primeros océanos del Precámbrico, no hay mucho que hacer en términos de actividad biológica ".

Stüeken señaló que los volcanes eran la mayor fuente de sulfato en el Precámbrico, a diferencia de ahora, por lo que eran necesarios para mantener una biosfera significativa al permitir el reciclaje de fósforo.

De hecho, menos ese sulfato volcánico, Stüeken dijo, La biosfera de la Tierra habría sido muy pequeña, y puede que no haya sobrevivido durante miles de millones de años. Los resultados, luego, ilustran "cuán fuertemente está ligada la vida a procesos geológicos fundamentales como el vulcanismo en la Tierra primitiva, " ella dijo.

El modelado de Kipp y Stüeken también puede tener implicaciones para la búsqueda de vida más allá de la Tierra.

Los astrónomos utilizarán los próximos telescopios terrestres y espaciales, como el telescopio espacial James Webb, programado para su lanzamiento en 2019, para buscar el impacto de una biosfera marina, como lo ha hecho la Tierra, en la atmósfera de un planeta. Pero poco fósforo los investigadores dicen, podría hacer que un mundo habitado parezca deshabitado, haciendo una especie de "falso negativo".

Kipp dijo:"Si hay menos vida, básicamente, menos producción fotosintética:es más difícil acumular oxígeno atmosférico que si tuvieras niveles y tasas de producción de fósforo modernos. Esto podría significar que algunos planetas podrían parecer deshabitados debido a su falta de oxígeno, pero en realidad tienen biosferas de extensión limitada debido a la baja disponibilidad de fósforo.

"Estos 'falsos negativos' son uno de los mayores desafíos que enfrentamos en la búsqueda de vida en otros lugares, "dijo Victoria Meadows, Profesor de astronomía de la Universidad de Washington e investigador principal del Laboratorio Planetario Virtual del Instituto de Astrobiología de la NASA, basado en la UW.

"Pero la investigación sobre los entornos de la Tierra primitiva aumenta nuestras posibilidades de éxito al revelar procesos y propiedades planetarias que guían nuestra búsqueda de vida en exoplanetas cercanos".