La desaceleración en el giro de la Tierra causó un aumento del oxígeno

Química

Aquí hay un nuevo giro sobre cómo la Tierra se convirtió en un planeta rico en oxígeno: a medida que la rotación de nuestro planeta se desacelera, los microbios se bañan en períodos más prolongados de luz solar que acelera su liberación de oxígeno a la atmósfera. Cada respiración es posible porque hace miles de millones de años, densas capas de cianobacterias, la primera vida en la Tierra, comenzaron a producir oxígeno como un subproducto de la fotosíntesis. Pero los científicos aún no sabían con certeza qué desencadenó dos eventos de oxigenación transformadores que convirtieron a la Tierra de un planeta con poco oxígeno en un mundo rico en oxígeno donde los organismos complejos podrían evolucionar y diversificarse.

Ahora, los investigadores han identificado un factor importante que podría haber estimulado la liberación de oxígeno generado por microbios: la desaceleración de la rotación de la Tierra que comenzó hace unos 2.400 millones de años. La Tierra giraba más rápidamente cuando era un planeta recién nacido, completando un giro en solo un puñado de horas, pero se desaceleró gradualmente durante cientos de millones de años. Una vez que la duración de un día alcanzó un cierto umbral, posiblemente durante esos períodos clave de oxigenación, los tramos más largos de luz solar pueden haber permitido que más moléculas de oxígeno salten de áreas de alta concentración (dentro de las esteras de bacterias) a áreas de menor concentración (la atmósfera), según un nuevo estudio.

Recientemente, los científicos encontraron pistas sobre este vínculo en un sumidero en el fondo del lago Huron. Limitado por Michigan en los Estados Unidos y por Ontario en Canadá, el lago Huron es uno de los lagos de agua dulce más grandes del mundo. El sumidero de Middle Island del lago mide 91 metros de diámetro y se encuentra a unos 24 m por debajo de la superficie. Allí, el agua rica en azufre nutre a los microbios coloridos que prosperan en un entorno con poco oxígeno, al igual que lo hicieron las primeras formas de bacterias de la Tierra.

En las frías profundidades del sumidero viven dos tipos de microbios: las cianobacterias púrpuras que buscan la luz del sol, que producen oxígeno a través de la fotosíntesis, y las bacterias blancas, que consumen azufre y en su lugar liberan sulfato. Los microbios luchan por la posición durante todo el día, con las bacterias que comen azufre cubriendo a sus vecinas púrpuras en las horas de la mañana y la tarde, bloqueando el acceso de los microbios púrpuras al sol. Sin embargo, cuando la luz del día es más fuerte, los microbios blancos evitan la luz y migran más profundamente hacia el sumidero, dejando las cianobacterias púrpuras descubiertas y, por lo tanto, capaces de fotosintetizar y liberar oxígeno.

Podría haber habido competencias similares entre comunidades de microbios hace miles de millones de años, con la exposición a la luz solar de las bacterias productoras de oxígeno obstaculizada por sus vecinos microbianos, escribieron los investigadores en el estudio. Luego, a medida que los días en la Tierra se hicieron más largos, los productores de oxígeno ganaron más tiempo a la luz del sol y liberaron más oxígeno a la atmósfera.

“Nos dimos cuenta de que existe un vínculo fundamental entre la dinámica de la luz y la liberación de oxígeno, y ese vínculo se basa en la física de la difusión molecular”, cuando los cambios térmicos hacen que las moléculas migren de áreas de mayor concentración a áreas más bajas, dijo el autor principal del estudio. Judith Klatt, científica investigadora del Instituto Max Planck de Microbiología Marina en Bremen, Alemania.

“Un día más corto permitiría que escapara menos oxígeno de una alfombra, incluso si se produce la misma cantidad de oxígeno por hora”, dijo Klatt a Live Science en un correo electrónico.

Ciclo de centrifugado
Ahora, la Tierra completa una rotación completa sobre su eje una vez cada 24 horas, pero hace más de 4 mil millones de años, un día duraba solo unas seis horas, informaron los investigadores. Durante miles de millones de años, la danza en curso de la Tierra con la luna ha ralentizado la rotación del planeta a través de un proceso conocido como fricción de marea. A medida que la Tierra gira, la atracción de la luna (y el sol, en menor medida) atrae los océanos de la Tierra. Esto estira los mares para que sobresalgan del centro de la Tierra, desviando energía del giro y ralentizándolo, dijo el coautor del estudio Brian Arbic, profesor del departamento de Ciencias de la Tierra y Ambientales de la Facultad de Literatura, Ciencias y Artes de la Universidad de Michigan. Esta desaceleración es pequeña, pero sumó horas de luz diurna adicional durante cientos de millones de años; y la desaceleración aún continúa hoy, dijo Arbic a Live Science en un correo electrónico.

Un buzo observa los microbios púrpuras, blancos y verdes que cubren las rocas en el sumidero de Middle Island del lago Huron. (Crédito de la imagen: Phil Hartmeyer, Santuario Marino Nacional Thunder Bay de la NOAA)

“La fricción de las mareas continúa ralentizando la velocidad de rotación; los días continuarán alargándose durante el tiempo geológico”, dijo Arbic.

Un respiro de aire fresco
Los investigadores modelaron escenarios que variaban la duración del día y el escape de oxígeno de las esteras microbianas. Cuando compararon sus modelos con un análisis de las esteras microbianas competidoras muestreadas en el sumidero de Middle Island, encontraron la confirmación de sus predicciones: las bacterias fotosintetizadoras liberaban más oxígeno cuando los días eran más largos. Esto no se debió a que los microbios realizaran la fotosíntesis más; más bien, se debió a que los períodos de luz solar más largos significaban que más oxígeno escapaba de las esteras en un solo día, dijo el coautor del estudio Arjun Chennu, científico investigador del Centro Leibniz de Investigación Marina Tropical en Bremen.

“Este desacoplamiento sutil de la liberación de oxígeno de la luz solar está en el corazón del mecanismo”, dijo Chennu en un comunicado.

La atmósfera de la Tierra tomó forma después de que el planeta se formó y enfrió, hace unos 4.600 millones de años, y estaba compuesta principalmente de sulfuro de hidrógeno, metano y dióxido de carbono (CO2), hasta 200 veces la cantidad de CO2 que hay en la atmósfera actual. según el Smithsonian Environmental Research Center. Todo eso cambió después del Gran Evento de Oxidación (GOE) hace unos 2.400 millones de años, seguido por el Evento de Oxigenación Neoproterozoica aproximadamente 2.000 millones de años después, llevando el oxígeno atmosférico al nivel actual de aproximadamente el 21%. Esos dos eventos de oxigenación se han relacionado previamente con la actividad de las cianobacterias fotosintetizadoras, y esta nueva evidencia sugiere que otro factor podría haber sido el día en la Tierra, “un factor que antes no se consideraba en gran medida”, que se volvió lo suficientemente largo como para desencadenar la liberación de aún más oxígeno de esteras microbianas, trabajando “en paralelo con los otros impulsores de oxigenación sugeridos anteriormente”, dijo Klatt.

Fuente: Live Science.

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