Se cuestiona una 'bocanada de oxígeno' en la Tierra antigua
Un nuevo examen del registro de las rocas descarta la existencia de oxígeno atmosférico antes del Gran Evento de Oxigenación de la Tierra hace 2.300 millones de años.
De este modo, la investigación publicada ahora en Science Advances concluye que las pruebas que argumentan la existencia de "olor a oxígeno" previo a ese evento son firmas químicas que probablemente se introdujeron en un momento muy posterior.
El resultado rebate los hallazgos de investigaciones anteriores de que el oxígeno atmosférico existía antes del llamado Gran Evento de Oxigenación -conocido por los investigadores como GEO- y tiene el potencial de reescribir lo que se conoce del pasado del planeta.
"Sin el olor a oxígeno del que informaron una serie de estudios anteriores, la comunidad científica necesita reevaluar críticamente su comprensión de la primera mitad de la historia de la Tierra", sugiere en un comunicado Sarah Slotznick, profesora asistente de ciencias de la tierra en Dartmouth y primera autora del estudio.
El estudio, realizado por investigadores de Estados Unidos, China y Australia, indica que los datos químicos que en un principio sugerían la existencia de oxígeno atmosférico en los primeros años de la historia de la Tierra pueden haber sido introducidos por acontecimientos de cientos de millones de años más tarde. Los análisis adicionales realizados como parte del estudio vuelven a confirmar que la atmósfera de la Tierra presentaba niveles de oxígeno excesivamente bajos antes de hace 2.300 millones de años.
"Hemos utilizado nuevas herramientas para investigar los orígenes de las señales de oxígeno en trazas --explica Jena Johnson, profesora adjunta de Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente en la Universidad de Michigan, en Estados Unidos, y coautora del estudio--. Descubrimos que una serie de cambios posteriores a la deposición de los sedimentos en el fondo marino fueron probablemente los responsables de las pruebas químicas del oxígeno".
Durante décadas, los científicos han debatido cuándo aparecieron por primera vez niveles medibles de oxígeno en la atmósfera de la Tierra. La idea del Gran Evento de Oxigenación se ha desarrollado a lo largo del último siglo y se cree que fue cuando los niveles de oxígeno empezaron a aumentar hace más de 2.000 millones de años, allanando el camino para el surgimiento de las células complejas, los animales y, finalmente, los seres humanos.
Sin embargo, más recientemente, la investigación sobre las señales químicas correlacionadas con el oxígeno ha sugerido apariciones transitorias anteriores de oxígeno, conocidas como "olores".
En 2007, dos estudios paralelos hallaron pruebas de ese olor a oxígeno a partir de muestras del esquisto del Monte McRae, de 2.500 millones de años de antigüedad, que formaba parte de un núcleo de perforación muy estudiado en 2004, recogido en Australia Occidental por el Programa de Perforación Astrobiológica de la NASA.
"Cuando los resultados salieron a la luz hace una década, fueron sorprendentes --reconoce Joseph Kirschvink, profesor de geobiología del Caltech, miembro del Instituto de Ciencias de la Tierra y la Vida del Instituto Tecnológico de Tokio, y coautor del nuevo estudio--. Los hallazgos parecían contradecir las abundantes pruebas de otros indicadores geológicos que argumentaban en contra de la presencia de oxígeno libre antes del Gran Evento de Oxigenación".
Los estudios de 2007 se basaron en las pruebas de oxidación y reducción del molibdeno y el azufre, dos elementos muy utilizados para comprobar la presencia de oxígeno atmosférico, ya que no puede medirse directamente en la roca. Los hallazgos plantearon cuestiones fundamentales sobre la evolución temprana de la vida en la Tierra.
Estos estudios de 2007, incluidas sus implicaciones sobre el origen de la vida y su evolución, fueron ampliamente aceptados y han servido de base para una serie de otros trabajos de investigación en los últimos 14 años.
El nuevo estudio comienza 2009, cuando un equipo dirigido por Caltech comenzó a realizar análisis adicionales. El equipo tardó más de una década en recopilar y analizar los datos, lo que da lugar ahora al primer estudio publicado que refuta directamente el hallazgo de un olor a oxígeno primitivo.
"Las rocas tan antiguas cuentan una historia complicada que va más allá de cómo era el mundo cuando se depositó el lodo --apunta Woodward Fischer, profesor de geobiología en Caltech y coautor del estudio--. Estas muestras también contienen minerales que se formaron mucho después de su deposición, cuando las antiguas señales ambientales se mezclaron con otras más jóvenes, lo que confunde las interpretaciones de las condiciones de la Tierra antigua".
Los trabajos de investigación de 2007 que descubrieron el olor a oxígeno antes de la oxigenación completa de la Tierra utilizaron técnicas de análisis a granel que incluían evaluaciones geoquímicas de muestras en polvo procedentes de todo el esquisto del Monte McRae. En lugar de realizar un análisis químico del polvo, la nueva investigación inspeccionó especímenes de la roca utilizando una serie de técnicas de alta resolución.
Para el nuevo estudio, el equipo de investigación grabó imágenes del núcleo de perforación de 2004 en un escáner óptico plano. A partir de esas observaciones, recogieron muestras finas para realizar análisis adicionales. El conjunto de enfoques utilizados en las muestras físicas, incluida la espectroscopia de fluorescencia de rayos X basada en el sincrotrón, proporcionó al equipo una visión adicional de la geología y la química de las muestras, así como del momento relativo de los procesos que se identificaron.
El nuevo análisis muestra que el esquisto del Monte McRae se formó a partir de carbono orgánico y polvo volcánico. La investigación indica que el molibdeno procedió de los volcanes y se concentró posteriormente durante lo que se ha caracterizado previamente como el intervalo de olor. Durante una serie de cambios químicos y físicos que convirtieron estos sedimentos en roca, la fracturación creó vías para que varios fluidos distintos llevaran señales de oxidación cientos de millones de años después de que se formaran las rocas.
"Nuestras observaciones de abundantes fragmentos de vidrio piroclástico y lechos de toba intercalados, junto con la reciente idea de que el vidrio volcánico es un importante huésped de molibdeno, ofrece una nueva explicación para los enriquecimientos de molibdeno en el intervalo de los olores", dice el documento.
Si el molibdeno no procede de la meteorización de las rocas en tierra y de su concentración en el océano a partir del oxígeno, su presencia no respalda el hallazgo original del oxígeno atmosférico primitivo. Al utilizar una metodología totalmente diferente a la empleada en los primeros estudios que hallaron un olor a oxígeno, la nueva investigación también pone en tela de juicio las investigaciones que siguieron a esos estudios utilizando el mismo estilo de técnicas a granel.
Además de proporcionar una explicación alternativa para los indicadores de oxígeno encontrados en el esquisto del Monte McRae, el equipo confirmó que el nivel de oxígeno atmosférico en la época anterior al Gran Evento de Oxigenación era muy bajo, calificándolo de "insignificante" en el período aproximado de 150 millones de años antes del cambio brusco.
Así, los hallazgos ponen en duda la existencia temprana de las cianobacterias, apoyando en cambio otras hipótesis de que la fotosíntesis generadora de oxígeno evolucionó poco antes del Gran Evento de Oxigenación.
"Esperamos que nuestra investigación suscite el interés tanto de los que estudian la Tierra como de los que miran más allá, a otros planetas --resalta Slotznick--. Esperamos que estimule una mayor conversación y reflexión sobre cómo analizamos las firmas químicas en rocas que tienen miles de millones de años".
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