Nosotros y todos los demás animales no estaríamos aquí hoy si nuestro planeta no tuviera mucho oxígeno en su atmósfera y océanos. Pero, ¿cuán cruciales fueron los altos niveles de oxígeno para la transición de simples, formas de vida unicelulares a la complejidad que vemos hoy?

Un estudio de la Universidad de California, Los geoquímicos de Berkeley presentan nueva evidencia de que los altos niveles de oxígeno no fueron críticos para el origen de los animales.

Los investigadores encontraron que la transición a un mundo con un océano profundo oxigenado ocurrió hace entre 540 y 420 millones de años. Atribuyen esto a un aumento en el O2 atmosférico a niveles comparables al 21 por ciento de oxígeno en la atmósfera actual.

Este aumento inferido se produce cientos de millones de años después del origen de los animales, que ocurrió hace entre 700 y 800 millones de años.

"La oxigenación del océano profundo y nuestra interpretación de esto como resultado de un aumento en el O2 atmosférico fue un evento bastante tardío en el contexto de la historia de la Tierra, "dijo Daniel Stolper, profesor asistente de ciencia terrestre y planetaria en UC Berkeley. "Esto es significativo porque proporciona nueva evidencia de que el origen de los primeros animales, que requirieron O2 para su metabolismo, puede haber sucedido en un mundo con una atmósfera que tenía niveles de oxígeno relativamente bajos en comparación con los actuales ".

Él y el becario postdoctoral Brenhin Keller informarán sus hallazgos en un artículo publicado en línea el 3 de enero antes de su publicación en la revista. Naturaleza . Keller también está afiliado al Centro de Geocronología de Berkeley.

El oxígeno ha jugado un papel clave en la historia de la Tierra, no solo por su importancia para los organismos que respiran oxígeno, pero por su tendencia a reaccionar, a menudo violentamente, con otros compuestos para, por ejemplo, hacer óxido de hierro, las plantas se queman y el gas natural explota.

Seguimiento de la concentración de oxígeno en el océano y la atmósfera durante los 4.500 millones de años de historia de la Tierra, sin embargo, no es fácil. Durante los primeros 2000 millones de años, la mayoría de los científicos creen que había muy poco oxígeno en la atmósfera o el océano. Pero hace unos 2.5-2.3 mil millones de años, Los niveles de oxígeno atmosférico aumentaron primero. Los efectos geológicos de esto son evidentes:las rocas en la tierra expuesta a la atmósfera de repente comenzaron a enrojecerse a medida que el hierro en ellas reaccionaba con el oxígeno para formar óxidos de hierro similares a cómo se oxida el hierro.

Los científicos de la Tierra han calculado que en esta época, Los niveles de oxígeno atmosférico superaron por primera vez alrededor de una cien milésima parte del nivel actual (0,001 por ciento), pero permaneció demasiado bajo para oxigenar el océano profundo, que permaneció en gran parte anóxico.

Hace 400 millones de años, Aparecen por primera vez depósitos de carbón fósil, una indicación de que los niveles de O2 atmosférico eran lo suficientemente altos como para soportar incendios forestales, que requieren alrededor del 50 al 70 por ciento de los niveles modernos de oxígeno, y oxigenar las profundidades del océano. Cómo los niveles de oxígeno atmosférico variaron entre 2, Hace 500 y 400 millones de años es menos seguro y sigue siendo un tema de debate.

"Completar la historia de los niveles de oxígeno atmosférico desde hace unos 2.500 millones a 400 millones de años ha sido de gran interés dado el papel central del O2 en numerosos procesos geoquímicos y biológicos. Por ejemplo, Una explicación de por qué los animales aparecen cuando lo hacen es que es cuando los niveles de oxígeno se acercaron por primera vez a las altas concentraciones atmosféricas que se ven hoy en día. Stolper dijo:"Esta explicación requiere que los dos estén vinculados causalmente de manera que el cambio a niveles de O2 atmosférico casi modernos fue un impulsor ambiental para la evolución de nuestros predecesores que requieren oxígeno".

A diferencia de, algunos investigadores piensan que los dos eventos no están relacionados en gran medida. Para ayudar a resolver este debate, es fundamental señalar cuándo los niveles de oxígeno atmosférico se elevaron a niveles cercanos a los modernos. Pero las estimaciones pasadas de cuándo ocurrió esta oxigenación van desde hace 800 a 400 millones de años, a caballo entre el período durante el cual se originaron los animales.

¿Cuándo cambiaron los niveles de oxígeno por segunda vez?

Stolper y Keller esperaban señalar un hito clave en la historia de la Tierra:cuando los niveles de oxígeno se volvieron lo suficientemente altos, alrededor del 10 al 50 por ciento del nivel actual, para oxigenar las profundidades del océano. Su enfoque se basa en observar el estado de oxidación del hierro en rocas ígneas formadas bajo el mar (denominadas "submarinas") erupciones volcánicas, que producen "almohadillas" y flujos masivos de basalto a medida que la roca fundida sale de las dorsales oceánicas. Críticamente, después de la erupción, el agua de mar circula a través de las rocas. Hoy dia, estos fluidos circulantes contienen oxígeno y oxidan el hierro en los basaltos. Pero en un mundo con océanos profundos desprovistos de O2, esperaban pocos cambios en el estado de oxidación del hierro en los basaltos después de la erupción.

"Nuestra idea era estudiar la historia del estado de oxidación del hierro en estos basaltos y ver si podíamos determinar cuándo el hierro comenzó a mostrar signos de oxidación y, por lo tanto, cuándo las profundidades del océano comenzaron a contener cantidades apreciables de O2 disuelto. "Dijo Stolper.

Para hacer esto, compilaron más de 1, 000 mediciones publicadas del estado de oxidación del hierro de antiguos basaltos submarinos. Descubrieron que el hierro basáltico solo se oxida significativamente en relación con los valores magmáticos entre hace unos 540 y 420 millones de años. cientos de millones de años después del origen de los animales. Atribuyen este cambio al aumento de los niveles de O2 atmosférico hasta niveles cercanos a los modernos. Este hallazgo es consistente con algunas, pero no todas, las historias de concentraciones de O2 atmosférico y oceánico.

"Este trabajo indica que un aumento del O2 atmosférico a niveles suficientes para oxigenar las profundidades del océano y crear un mundo similar al que se ve hoy no era necesario para la aparición de los animales". "Dijo Stolper". Además, el registro de basalto submarino proporciona un nuevo, ventana cuantitativa al estado geoquímico de las profundidades del océano hace cientos de millones a miles de millones de años ".