Aumento devoniano del oxígeno se conecta con la proliferación de plantas terrestres y peces depredadores

La evolución de la biota de la Tierra está íntimamente vinculada a la oxigenación de los océanos y la atmósfera. Los científicos utilizaron la composición isotópica y la concentración de molibdeno (Mo) en rocas sedimentarias para explorar esta relación

Un grupo internacional de científicos ha dado pasos importantes a la hora de develar los secretos de la oxigenación en la atmósfera y océanos terrestres. Estudiando el registro fósil y analizando las rocas de épocas anteriores se pueden encontrar correlaciones entre un aumento de la complejidad animal y el aumento de la concentración de oxígeno.

Ya se había señalado en el pasado que la explosión del Cámbrico de hace 550 millones de años pudo ser debida a un aumento en la cantidad de oxígeno disponible para los animales de la época. Durante esa diversificación aparecieron grupos de animales y filos en gran número nunca vistos antes sobre la Tierra.

Ahora, este grupo de investigadores sostiene que la aparición de los grandes peces depredadores y de las plantas vasculares de hace 400 millones de años coincidió con otro aumento en la concentración de oxígeno hasta niveles que son comparables a los que tenemos hoy en día. Si esto es cierto los animales que aparecieron antes debieron de evolucionar bajo unos niveles de oxígeno inferiores a lo que se pensaba.

Los investigadores se basaron para este estudio en un método ideado por Ariel Anbar de Arizona State University. El método puede usarse para estimar los niveles globales de oxígeno en océanos primitivos a partir de la composición isotópica de los sedimentos marinos de la época conservados hasta ahora en forma de rocas.

Según este investigador ha habido muchas especulaciones sobre si el nivel de oxígeno terrestre ha cambiado o permanecido estable durante los últimos 500 millones de años. Durante ese tiempo aparecieron y se diversificaron las plantas y animales terrestres. Por tanto, es importante a la hora de comprender la historia de la vida. Según Anbar este nuevo hallazgo no solamente sugiere que los niveles de oxígeno variaron, sino que además esa variación tuvo consecuencias directas sobre la evolución de la vida compleja.

Desde casi el comienzo de la vida y hasta hace 2300 millones de años la atmósfera empezó a tener trazas de oxígeno como subproducto de la fotosíntesis de microorganismos. Pero ese oxígeno era insuficiente como para que se acumulara en la atmósfera o en los océanos. Esto cambio justamente tras el Evento de Gran Oxidación hace 2300 millones de años.

Los niveles de oxígeno volvieron a subir hace 550 millones de años, justo cuando los primeros animales complejos aparecen en el registro fósil, marcando el comienzo de Fanerozoico que en griego significa “animales evidentes”.

Para este estudio se midió las cantidades relativas de diferentes isótopos de molibdeno en rocas de esquisto formadas en el lecho marino hace millones de años a partir de los sedimentos que caían.

El molibdeno tiene siete isótopos estables. Las reacciones químicas seleccionan unos isótopos frente a otros. Así por ejemplo, el carbono 12 está más enriquecido (en torno a un 3% más) en las plantas que en la atmósfera terrestre. De manera similar los isótopos de molibdeno son fraccionados en función de su peso durante su paso del agua del océano a los sedimentos marinos. La magnitud de este fraccionamiento es sensible a la presencia de oxígeno.

Los datos obtenidos por estos investigadores revelan que al menos hubo dos etapas de oxigenación durante el Fanerozoico, separadas por un evento de oxigenación hace 400 millones de años. Esto está corroborado por el registro fósil ya que coincide con la aparición de grandes peces predadores de 10 metros de longitud. Los animales de este tamaño consumen energía de forma rápida y por tanto requieren altos niveles de oxígeno para mantener su metabolismo. Los animales anteriores a esta época evolucionaron, por consiguiente, en ambientes con menos oxígeno que en la actualidad. El nuevo evento de oxigenación ahora descubierto explicaría la misteriosa aparición de estos peces en el registro fósil.

Pero el verdadero causante de este evento sería una innovación evolutiva: la aparición de las plantas vasculares. Según Anbar el hecho de que las plantas vasculares aparecieran en el registro fósil justo hace 400 millones de años explicaría precisamente el aumento de oxígeno. Los restos de este tipo de plantas se descomponen lentamente y mucho carbono queda secuestrado en los sedimentos. Esto aleja a esta materia orgánica de una posible combinación con el oxígeno para producir dióxido de carbono que reduciría los niveles de oxígeno. De este modo, la fotosíntesis tendría a partir de esa época una producción neta de oxígeno más alta que antes y como consecuencia se elevarían los niveles de oxigeno.

La innovación biológica de las plantas vasculares dio lugar a un mayor enterramiento de carbono y a un mayor nivel de oxígeno.
El aumento de oxigeno hizo posible la evolución de animales más grandes y complejos. Según Anbar esto representa un buen ejemplo de “coevolución” entre la vida y el ambiente que la aloja. “Aunque los geólogos habían hablado acerca de esta idea, rara vez habían encontrado ejemplos tan bonitos”, afirma.

Así que cuando el amable lector mire a un helecho o a una selaginela piense que sus antepasado directos de hace 400 millones de años permitieron la aparición de tiburones gigantes y más tarde los dinosaurios y la evolución del género humano. Es el aire que respira.

Fuente: PNAS y Neofronteras. Aportado por Eduardo J. Carletti

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