Quando sono emerse le prime soffiate di ossigeno della Terra?

Il cambiamento climatico di oggi non regge alla guerra chimica condotta sulla Terra più di 2 miliardi di anni fa.

Prima che le piante scoprissero il potere della fotosintesi, la vita unicellulare sopravviveva a sostanze chimiche, non alla luce solare, bruciando idrogeno, metano e zolfo, tra gli altri composti gustosi. Questi “anaerobi” che vivono senza ossigeno sono stati avvelenati quando le alghe blu-verdi chiamate cianobatteri hanno evoluto la fotosintesi e hanno iniziato a espirare ossigeno. Il gas altamente reattivo si combina con metalli e proteine nelle cellule anaerobiche, uccidendole. Ma i cianobatteri prosperarono, trasformando la luce solare in zucchero ed espellendo l’ossigeno come rifiuto.

I livelli di ossigeno nelle rocce aumentano improvvisamente a partire da 2,5 miliardi di anni fa — un picco chiamato “Grande evento di ossidazione.”Il salto è stato a lungo sostenuto come prova di quando i cianobatteri hanno evoluto la fotosintesi. Ma uno studio pubblicato oggi (23 marzo) sulla rivista Nature Geoscience si unisce a un crescente corpo di dati che suggerisce che i primi amanti del sole sono apparsi molto prima di questo picco di ossigeno.

Molti ricercatori ora pensano che i primi organismi fotosintetici vivessero sulla Terra 3 miliardi di anni fa. E come restauratori d’arte che trovano un’immagine nascosta sotto un vecchio dipinto maestro, questi scienziati stanno scoprendo una nuova immagine del primo respiro della Terra.

Metalli pesanti

Nel nuovo studio, il geochimico della Yale University Noah Planavsky ei suoi colleghi hanno analizzato i livelli di molibdeno e ferro in rocce vecchie di 2,95 miliardi di anni provenienti dal Sud Africa. Le rocce furono deposte in acqua, in un oceano poco profondo vicino alla riva. I metalli servono come marcatori della fotosintesi. Isotopi di molibdeno, o elementi con lo stesso numero di protoni, ma un diverso numero di neutroni, traccia ossidazione manganese, un processo che richiede alti livelli di ossigeno, Planavsky detto.

Le tracce chimiche nelle rocce, dal supergruppo di Pongola, indicano che i cianobatteri stavano producendo ossigeno nelle acque superficiali dell’oceano, ha detto Planavsky. “Il nostro studio ti sta dicendo che c’era una produzione localizzata di cianobatteri negli oceani”, ha detto a Live Science Il nostro fantastico pianeta.

In un altro recente studio, sempre sulle rocce di Pongola del Sudafrica, gli scienziati hanno esaminato gli isotopi di cromo per stimare i livelli di ossigeno atmosferico 3 miliardi di anni fa. I risultati suggeriscono che l’ossigeno atmosferico era circa 100.000 volte superiore a quello che potrebbe essere spiegato da reazioni chimiche non biologiche, secondo la ricerca, pubblicata a settembre. 26, 2013, sulla rivista Nature.

“I due studi sono abbastanza complementari”, ha detto Planavsky. “Stiamo fornendo prove indipendenti della presenza di cianobatteri. Stiamo monitorando i processi oceanici di superficie e loro stanno monitorando i processi terrestri.”

Tuttavia, Woodward Fischer, un geobiologo al Caltech a Pasadena, in California., avverte che le tecniche di metallo di traccia hanno bisogno di ulteriore convalida. Entrambi i metodi analitici sono solo circa un decennio e sono in fase di test in rocce estremamente vecchie. “La qualità delle nostre interpretazioni derivate da loro rimane un po ‘incerta”, ha detto Fischer, che non è stato coinvolto in nessuno dei due studi. “In tutta onestà, non capiamo il molibdeno e il ciclo del cromo oggi.”

Che è venuto prima?

Mentre emergono tecniche più sensibili per sbirciare nel tempo profondo, è emerso un nuovo dibattito: i microbi hanno pompato il primo respiro del nostro pianeta o i cambiamenti ambientali hanno spinto il pianeta nella ricchezza di ossigeno?

Prove emergenti suggeriscono che i livelli di ossigeno hanno preso un giro sulle montagne russe nei 500 milioni di anni tra quando i primi cianobatteri hanno evoluto la fotosintesi e il Grande evento di ossidazione. Questo è un tempo lungo per la vita-è circa lo stesso del tempo tra i primi trilobiti della Terra e gli esseri umani.

Alcuni ricercatori pensano che la Terra stessa abbia avuto un ruolo nell’aumentare i livelli di ossigeno man mano che i continenti crescevano di dimensioni. Erosione della crosta e la natura mutevole dei vulcani-continenti più grandi significano più eruzioni terrestri che sputano gas nell’atmosfera, piuttosto che esplosioni sottomarine. Questi cambiamenti geologici potrebbero aver spinto l’atmosfera terrestre verso l’ossigeno di concerto con i cianobatteri.

“Ciò che è veramente eccitante in questo è il ruolo relativo dell’evoluzione biologica rispetto all’evoluzione geologica nei principali punti di svolta nella storia della Terra”, ha detto Planavsky. “Questo è ciò che sta guidando la nostra ricerca.”

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