La evidencia que argumenta a favor de una «bocanada de oxígeno» antes del Gran Evento de Oxigenación de la Tierra hace 2.300 millones de años son firmas químicas que probablemente se introdujeron mucho más tarde, según una investigación publicada en Science Advances .
por Dartmouth College
El resultado rebobina los hallazgos de investigaciones anteriores de que el oxígeno atmosférico existía antes del llamado Gran Evento de Oxigenación, conocido por los investigadores como «GOE», y tiene el potencial de reescribir lo que se sabe del pasado del planeta.
«Sin la bocanada de oxígeno reportada por una serie de estudios anteriores, la comunidad científica necesita reevaluar críticamente su comprensión de la primera mitad de la historia de la Tierra», dijo Sarah Slotznick, profesora asistente de ciencias de la tierra en Dartmouth y primera autora del estudio. .
El estudio indica que los datos químicos originalmente determinados para sugerir oxígeno atmosférico antes en la historia de la Tierra pueden haber sido introducidos por eventos cientos de millones de años después.
Un análisis adicional realizado como parte del estudio reconfirma que la atmósfera de la Tierra presentaba niveles de oxígeno extremadamente bajos antes de hace 2300 millones de años.
«Usamos nuevas herramientas para investigar los orígenes de las señales de trazas de oxígeno», dijo Jena Johnson, profesora asistente de ciencias ambientales y de la tierra en la Universidad de Michigan y coautora del estudio. «Descubrimos que una serie de cambios después de que los sedimentos se depositaran en el lecho marino probablemente fueron los responsables de la evidencia química del oxígeno».
La iniciación de la oxigenación
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 desarrolló durante el siglo pasado y se cree que fue cuando los niveles de oxígeno comenzaron a aumentar hace más de 2 mil millones de años, allanando el camino para el surgimiento de células complejas, animales y, finalmente, humanos.
Sin embargo, más recientemente, la investigación sobre las señales químicas relacionadas con el oxígeno ha sugerido apariciones transitorias anteriores de oxígeno, conocidas como «soplos».
En 2007, dos estudios paralelos encontraron evidencia de tal bocanada de oxígeno basada en muestras del Monte McRae Shale de 2.500 millones de años, parte de un núcleo de perforación de 2004 muy estudiado recolectado en Australia Occidental por el Programa de Perforación de Astrobiología de la NASA.
«Cuando aparecieron los resultados hace una década, fueron sorprendentes», dijo Joseph Kirschvink, profesor de geobiología en Caltech, miembro del Earth-Life Science Institute en el Instituto de Tecnología de Tokio y coautor del nuevo estudio. . «Los hallazgos parecían contradecir la abundante evidencia de otros indicadores geológicos que argumentaban en contra de la presencia de oxígeno libre antes del Gran Evento de Oxigenación».
Una historia de origen de investigación
Los estudios de 2007 se basaron en la evidencia de oxidación y reducción de molibdeno y azufre, dos elementos que se usan ampliamente para probar la presencia de oxígeno atmosférico, ya que no se puede medir directamente en la roca. Los hallazgos plantearon preguntas fundamentales sobre la evolución temprana de la vida en la Tierra.
Algunos grupos de investigación tomaron la observación del oxígeno primitivo para respaldar hallazgos anteriores de que las cianobacterias microscópicas, los primeros innovadores en la fotosíntesis, bombearon oxígeno a la atmósfera antigua, pero que otros procesos terrestres mantuvieron bajos los niveles de oxígeno.
Los estudios de 2007, incluidas sus implicaciones sobre el origen de la vida y su evolución, han sido ampliamente aceptados y han servido como base para una serie de otros trabajos de investigación durante los últimos 14 años.
El nuevo estudio se remonta a 2009, cuando un equipo dirigido por Caltech inició esfuerzos para realizar análisis adicionales. El equipo, algunos de los cuales se han trasladado desde entonces a otras instituciones, tardó más de una década en recopilar y analizar datos, lo que ahora da como resultado el primer estudio publicado que refuta directamente el hallazgo de una bocanada de oxígeno primitivo.
«Las rocas tan viejas cuentan una historia complicada que va más allá de cómo era el mundo cuando se depositó el lodo», dijo 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 señales ambientales antiguas se mezclaron con otras más jóvenes, lo que confundió las interpretaciones de las condiciones en la Tierra antigua».
Una cuestión de enfoque
Los trabajos de investigación de 2007 que encontraron la bocanada de oxígeno antes de la oxigenación completa de la Tierra utilizaron técnicas de análisis a granel que presentaban evaluaciones geoquímicas de muestras en polvo provenientes de todo Mount McRae Shale. 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 registró imágenes del núcleo de perforación de 2004 en un escáner óptico de superficie plana. Con base en esas observaciones, luego recolectaron muestras delgadas para análisis adicionales. El conjunto de enfoques utilizados en las muestras físicas, incluida la espectroscopia de fluorescencia de rayos X basada en sincrotrón, proporcionó al equipo información adicional sobre la geología y la química de las muestras, así como sobre el momento relativo de los procesos que se identificaron.
Según el trabajo de investigación: «Nuestras observaciones colectivas sugieren que los conjuntos de datos químicos a granel apuntan hacia un ‘bochorno’ de oxígeno desarrollado durante los eventos posteriores a la deposición».
El nuevo análisis muestra que Mount McRae Shale se formó a partir de carbono orgánico y polvo volcánico. La investigación indica que el molibdeno provino de los volcanes y posteriormente se concentró durante lo que se ha caracterizado previamente como el intervalo de bocanada. Durante una serie de cambios químicos y físicos que convirtieron estos sedimentos en rocas, la fractura creó vías para que varios fluidos distintos llevaran señales de oxidación cientos de millones de años después de que se formaron las rocas.
«Nuestras observaciones de abundantes fragmentos de vidrio piroclástico y lechos de toba intercalados, junto con la reciente percepción de que el vidrio volcánico es una gran cantidad de [molibdeno], ofrece una nueva explicación para los enriquecimientos [de molibdeno] en el intervalo de ‘olfato'», dice el artículo. dice.
Mirando hacia atrás para señalar un camino a seguir
Si el molibdeno no provino de la meteorización basada en el oxígeno de las rocas en la tierra y la concentración en el océano, su presencia no respalda el hallazgo original del oxígeno atmosférico primitivo. Al utilizar una metodología totalmente diferente a la utilizada en los primeros estudios que encontraron una bocanada de oxígeno, la nueva investigación también cuestiona la investigación que siguió a esos estudios que utilizaron el mismo estilo de técnicas a granel.
«Nuestros nuevos datos de alta resolución indican claramente que el contexto sedimentario de las señales químicas debe considerarse cuidadosamente en todos los registros antiguos», dijo Johnson.
Además de proporcionar una explicación alternativa para los proxies de oxígeno que se encontraron en Mount McRae Shale, el equipo confirmó que el nivel de oxígeno atmosférico en el momento anterior al Gran Evento de Oxigenación era muy bajo, calificándolo de «insignificante» en el período aproximado 150 millones de años antes del cambio abrupto.
Los hallazgos cuestionan la existencia temprana de cianobacterias y, en cambio, respaldan otras hipótesis de que la fotosíntesis generadora de oxígeno evolucionó poco antes del Gran Evento de Oxigenación.
«Esperamos que nuestra investigación genere interés tanto en aquellos que estudian la Tierra como en aquellos que miran más allá de otros planetas», dijo Slotznick. «Esperamos que estimule una mayor conversación y pensamiento sobre cómo analizamos las firmas químicas en rocas que tienen miles de millones de años».
Birger Rasmussen, de la Universidad de Australia Occidental y la Universidad de Geociencias de China; Timothy D. Raub, de la Universidad de St Andrews y el Instituto de Investigación Geoheritage; Samuel Webb, del Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC; y Jian-Wei Zi, de la Universidad de Geociencias de China, contribuyeron al estudio.
