Biomineralización de minerales de óxido de manganeso y dolomita en las superficies celulares de Chlorobium sp. Crédito:Mirna Daye
Hace unos 2.400 millones de años, al final del Archean Eon, un aumento en los niveles de oxígeno en todo el planeta llamado Gran Evento de Oxidación (GOE) creó la atmósfera familiar que todos respiramos hoy. Los investigadores centrados en los orígenes de la vida coinciden ampliamente en que este evento de transición fue causado por la proliferación global de microbios fotosintéticos capaces de dividir el agua para producir oxígeno molecular (O 2 ). Sin embargo, según Tanja Bosak, profesor asociado en el Departamento de Tierra del MIT, Atmosférico, y Ciencias Planetarias (EAPS), los investigadores no saben cuánto tiempo antes del GOE evolucionaron estos organismos.
La nueva investigación de Bosak, publicado hoy en Naturaleza , sugiere que ahora podría ser aún más difícil precisar la aparición de microbios productores de oxígeno en el registro geológico.
Una señal en las rocas
Los primeros microbios en producir oxígeno no dejaron un diario atrás, por lo que los científicos deben buscar pistas sutiles de su aparición que podrían haber sobrevivido a los pocos miles de millones de años que intervienen. Complicando aún más las cosas, mientras que la evidencia del GOE se encuentra en toda la Tierra, estas primeras colonias de organismos productores de oxígeno probablemente hubieran existido primero en pequeños estanques o cuerpos de agua. Cualquier registro de ellos estaría geográficamente aislado.
Algunos científicos consideran que la evidencia localizada del mineral óxido de manganeso en sedimentos antiguos es un indicador (o proxy) de la existencia de organismos productores de oxígeno. Esto se debe a que solo se pensaba que la oxidación del manganeso era posible en presencia de cantidades significativas de O 2 , más de lo que normalmente existía en la atmósfera anterior al GOE. Por lo tanto, encontrar evidencia de óxido de manganeso en sedimentos anteriores al GOE sugeriría que los organismos productores de oxígeno habían evolucionado en ese momento y estaban activos en el área.
Pero resulta que hay más de una forma de oxidar el manganeso.
Biomineralización de minerales de óxido de manganeso y dolomita en las superficies celulares de Chlorobium sp. Crédito:Mirna Daye
Los microbios anaeróbicos cambian el juego
Como se describe en el nuevo documento, Bosak y su ex postdoctorado, Mirna Daye, descubrió que las colonias de microbios modernos pueden realizar este proceso en ambientes anaeróbicos típicos del Eón Arcaico tardío. A diferencia de los organismos que causaron el GOE, Los microbios de Daye y Bosak usan sulfuro, en lugar de agua, para realizar la fotosíntesis, por lo que no crean oxígeno molecular como subproducto. La mayoría de los científicos piensan que este tipo de fotosíntesis anaeróbica surgió como un sistema precursor de la fotosíntesis oxigenada más familiar que marcó el comienzo del GOE, y los microbios de Daye y Bosak contienen una maquinaria genética similar a la que se cree que existió antes de la evolución de las bacterias capaces de producir oxígeno.
La demostración del grupo Bosak de la oxidación del manganeso en un ambiente anaeróbico significa que la evidencia de óxido de manganeso antiguo puede no ser un indicador confiable de la evolución local de la vida productora de oxígeno. Podría ser solo una señal de la presencia de otros organismos que ya se pensaba que estaban muy extendidos en ese momento.
Los coautores de Bosak incluyen al profesor asociado de geobiología Gregory Fournier, junto con los ex postdoctorados Mirna Daye y Mihkel Pajusalu del departamento EAPS del MIT; Vanja Klepac-Ceraj, Sophie Rowland, y Anna Farrell-Sherman de Wellesley College; Nicolas Beukes de la Universidad de Johannesburgo; y Nobumichi Tamura del Laboratorio Nacional de Berkley.
Cuestionando el manganeso antiguo
"Descubriendo nuevos mecanismos mediante los cuales se podría crear óxido de manganeso en los entornos arcaicos, antes de la subida del oxígeno, es tremendamente interesante porque muchos de los proxies que hemos [utilizado] para la presencia de oxígeno [y, por lo tanto, microbios capaces de producirlo] en el medio ambiente en la primera mitad de la historia de la Tierra son ... en realidad sustitutos de la presencia de óxido de manganeso, "dice Ariel Anbar, profesor de la Escuela de Exploración de la Tierra y el Espacio de la Universidad Estatal de Arizona, que no participó en la investigación. "Eso nos obliga a pensar más profundamente sobre los proxies que estamos usando y si realmente son indicativos de O 2 o no."
El estudio de la Tierra antigua siempre ha sido un desafío, a medida que la evidencia se recicla mediante procesos geológicos y se pierde por el desgaste del tiempo. Los investigadores solo han fragmentado e inferido datos que pueden utilizar para desarrollar teorías.
"Lo que estamos encontrando no es necesariamente decir que estas personas que están interpretando estos puntos de oxígeno antes del GOE [estén] equivocadas. Simplemente me da una pausa enorme, "dice Bosak, "El hecho de que agregamos algunos microbios y encontremos estos procesos que simplemente nunca se consideraron nos dice que realmente no entendemos mucho sobre cómo la vida y el medio ambiente co-evolucionaron".
Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.
