Un estudio del MIT revela que algunas formas de vida primitivas pudieron haber respirado oxígeno cientos de millones de años antes del evento de oxidación masiva, alterando nuestra comprensión de la evolución biológica.
El oxígeno es un elemento esencial y constante en la Tierra hoy en día, pero su presencia no siempre fue así. Se estima que fue hace aproximadamente 2.3 mil millones de años cuando el oxígeno se convirtió en un componente permanente de la atmósfera, durante un período crucial conocido como el Gran Evento de Oxidación (GOE), que marcó el rumbo evolutivo para la vida que respira oxígeno tal como la conocemos actualmente.
Un nuevo estudio realizado por investigadores del MIT sugiere que algunas formas tempranas de vida podrían haber desarrollado la capacidad de utilizar oxígeno cientos de millones de años antes del GOE. Estos hallazgos podrían representar algunas de las primeras evidencias de la respiración aeróbica en nuestro planeta.
En una investigación publicada recientemente en la revista Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, los geobiólogos del MIT rastrearon los orígenes evolutivos de una enzima clave que permite a los organismos utilizar oxígeno. Esta enzima se encuentra en la gran mayoría de las formas de vida aeróbicas actuales. El equipo descubrió que esta enzima evolucionó durante el Mesoarqueano, un período geológico que precede al Gran Evento de Oxidación por cientos de millones de años.
Los resultados del equipo pueden ayudar a resolver un antiguo enigma en la historia de la Tierra: ¿por qué tardó tanto tiempo en acumularse oxígeno en la atmósfera?
Los primeros productores de oxígeno fueron las cianobacterias, microorganismos capaces de utilizar luz solar y agua para realizar fotosíntesis, liberando oxígeno como subproducto. Se ha determinado que estas cianobacterias aparecieron hace alrededor de 2.9 mil millones de años, lo que implica que estuvieron generando oxígeno durante cientos de millones de años antes del GOE. Entonces, ¿a dónde fue a parar todo ese oxígeno producido?
Los científicos sospechan que las rocas pudieron haber absorbido gran parte del oxígeno inicial a través de diversas reacciones geoquímicas. Sin embargo, el nuevo estudio del MIT sugiere que también podría haber habido un papel biológico involucrado.
Los investigadores encontraron indicios de que algunos organismos pudieron haber evolucionado la enzima necesaria para usar oxígeno mucho antes del Gran Evento de Oxidación. Esta enzima habría permitido a los organismos cercanos a las cianobacterias consumir cualquier cantidad pequeña de oxígeno producido por estos microbios, retrasando así su acumulación en la atmósfera durante cientos de millones de años.
"Esto cambia drásticamente la narrativa sobre la respiración aeróbica", afirma Fatima Husain, coautora del estudio y postdoctoranda en el Departamento de Ciencias Terrestres, Atmosféricas y Planetarias del MIT. "Nuestro estudio contribuye a esta historia emergente sobre cómo la vida pudo haber utilizado oxígeno mucho antes de lo pensado, mostrando cuán innovadora es la vida en todas las épocas de la historia terrestre".
Entre los coautores del estudio se encuentran Gregory Fournier, profesor asociado de geobiología en el MIT, junto con Haitao Shang y Stilianos Louca, ambos pertenecientes a la Universidad de Oregón.
Este nuevo estudio complementa una larga serie de investigaciones realizadas en el MIT para desentrañar la historia del oxígeno en nuestro planeta. Este cuerpo investigativo ha ayudado a determinar tanto el momento del Gran Evento de Oxidación como las primeras evidencias sobre las cianobacterias productoras de oxígeno. La comprensión general es que estas cianobacterias comenzaron a producir oxígeno hace aproximadamente 2.9 mil millones de años, mientras que el GOE ocurrió mucho más tarde, alrededor de 2.33 mil millones de años atrás.
A Husain y sus colegas les intrigaba esta aparente discrepancia entre la producción inicial y su eventual persistencia en la atmósfera.
"Sabemos que los microorganismos productores de oxígeno existieron mucho antes del Gran Evento de Oxidación", señala Husain. "Por lo tanto, era natural preguntarse si había alguna forma de vida capaz entonces de utilizar ese oxígeno para respirar".
Para investigar esta posibilidad, el equipo del MIT examinó las heme-cobre reductasas, un conjunto esencial para la respiración aeróbica. Estas enzimas reducen el oxígeno a agua y están presentes en casi todos los organismos aeróbicos actuales, desde bacterias hasta humanos.
"Nos enfocamos en el núcleo de esta enzima para nuestros análisis porque es donde realmente ocurre la reacción con el oxígeno", explica Husain.
A través del análisis evolutivo, lograron rastrear esta enzima hacia atrás en el tiempo para determinar cuándo apareció por primera vez y permitió a los organismos utilizar oxígeno. Identificaron su secuencia genética y usaron herramientas automatizadas para buscarla entre bases datos genómicas.
A pesar del desafío representado por tener demasiados datos debido a su amplia presencia entre especies modernas, lograron aislar secuencias relevantes y mapearlas dentro del árbol evolutivo basado en conocimientos previos sobre cuándo cada especie probablemente evolucionó.
A través este proceso meticuloso, los investigadores fueron capaces incluso identificar registros fósiles relacionados con ciertos organismos dentro del árbol evolutivo, permitiendo estimar fechas clave para entender mejor cuándo surgió esta capacidad respiratoria basada en oxígeno.
Finalmente, lograron rastrear esta enzima hasta el Mesoarqueano —una era geológica comprendida entre 3.2 y 2.8 mil millones años— sugiriendo que fue durante este tiempo cuando probablemente emergió dicha capacidad respiratoria. Este periodo antecede al Gran Evento de Oxidación por varios cientos de millones años.
Las nuevas evidencias indican que poco después del surgimiento cianobacterias productorasdeoxigeno otros organismos desarrollaron también mecanismos para aprovecharlo. Cualquier organismo cercano a estas cianobacterias habría podido absorber rápidamente el oxígeno generado por ellas; estos primeros organismos aeróbicos podrían haber desempeñado un papel crucial al evitar que este gas escapara hacia la atmósfera, retrasando así su acumulación durante cientos de millones años.
"Considerando todo esto juntos", concluye Husain, "la investigación realizada por el MIT ha llenado vacíos importantes acerca cómo se produjo la oxidación terrestre". Los hallazgos subrayan cómo diversos tipos biológicos han podido diversificarse y prosperar dentro este nuevo mundo lleno d'oxigeno.