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Posible relación entre la velocidad de rotación de la Tierra y la oxigenación
Desde su formación, hace unos 4.500 millones de años, la rotación de la Tierra se ha ido ralentizando gradualmente, y sus días se han ido haciendo cada vez más largos.
Aunque la ralentización de la Tierra no es perceptible en escalas de tiempo humanas, es suficiente para provocar cambios significativos a lo largo de los eones. Uno de esos cambios, según sugiere una nueva investigación, es quizá el más significativo de todos, al menos para nosotros: el alargamiento de los días se ha relacionado ahora con la oxigenación de la atmósfera terrestre.
En concreto, las algas verde-azules (o cianobacterias) que surgieron y proliferaron hace unos 2.400 millones de años habrían podido producir más oxígeno como subproducto metabólico porque los días de la Tierra se alargaron.
"Una pregunta permanente en las ciencias de la Tierra ha sido cómo obtuvo la atmósfera terrestre su oxígeno y qué factores controlaron el momento en que se produjo esta oxigenación", dijo el microbiólogo Gregory Dick, de la Universidad de Michigan.
"Nuestra investigación sugiere que la velocidad a la que gira la Tierra -en otras palabras, la duración de su día- puede haber tenido un efecto importante en el patrón y el momento de la oxigenación de la Tierra".
Hay dos componentes principales en esta historia que, a primera vista, no parecen tener mucho que ver entre sí. El primero es que el giro de la Tierra se está ralentizando.
La razón por la que el giro de la Tierra se está ralentizando es porque la Luna ejerce una atracción gravitatoria sobre el planeta, lo que provoca una desaceleración rotacional ya que la Luna se aleja gradualmente.
Sabemos, basándonos en el registro fósil, que los días duraban sólo 18 horas hace 1.400 millones de años, y media hora menos que hoy hace 70 millones de años. Las pruebas sugieren que estamos ganando 1,8 milisegundos por siglo.
El segundo componente es algo conocido como el Gran Evento de Oxidación, cuando las cianobacterias surgieron en cantidades tan grandes que la atmósfera de la Tierra experimentó un aumento brusco y significativo de oxígeno. Sin esta oxidación, los científicos creen que la vida tal y como la conocemos no podría haber surgido; así que, aunque las cianobacterias se vean un poco desairadas hoy en día, el hecho es que probablemente no estaríamos aquí sin ellas.
Todavía hay muchas cosas que no sabemos sobre este acontecimiento, incluyendo preguntas candentes como por qué ocurrió cuando lo hizo y no en algún momento anterior de la historia de la Tierra.
Los científicos han tenido que trabajar con microbios cianobacterianos para atar cabos. En el sumidero de Middle Island, en el lago Hurón, se pueden encontrar tapetes microbianos que se cree que son un análogo de las cianobacterias responsables del Gran Evento de Oxidación.
Las cianobacterias púrpuras, que producen oxígeno mediante la fotosíntesis, y los microbios blancos, que metabolizan el azufre, compiten en un tapiz microbiano en el lecho del lago. Por la noche, los microbios blancos ascienden a la parte superior del manto microbiano y hacen su trabajo de comer azufre. Cuando amanece y el Sol se eleva lo suficiente en el cielo, los microbios blancos se retiran y las cianobacterias púrpuras suben a la cima.
"Ahora pueden empezar a hacer la fotosíntesis y producir oxígeno", explica la geomicrobióloga Judith Klatt, del Instituto Max Planck de Microbiología Marina, en Alemania.
"Sin embargo, pasan unas horas antes de que se pongan realmente en marcha, hay un largo retraso por la mañana". Parece que las cianobacterias son más tardías que matutinas".
Esto significa que la ventana diurna en la que las cianobacterias pueden bombear oxígeno es muy limitada, y fue este hecho el que llamó la atención del oceanógrafo Brian Arbic, de la Universidad de Michigan. Se preguntó si el cambio en la duración del día a lo largo de la historia de la Tierra había tenido un impacto en la fotosíntesis.
"Es posible que un tipo de competencia similar entre microbios contribuyera al retraso en la producción de oxígeno en la Tierra primitiva", explicó Klatt.
Para demostrar esta hipótesis, el equipo realizó experimentos y mediciones de los microbios, tanto en su entorno natural como en un entorno de laboratorio. También realizaron estudios detallados de modelización basados en sus resultados para relacionar la luz solar con la producción de oxígeno microbiano, y la producción de oxígeno microbiano con la historia de la Tierra.
"La intuición sugiere que dos días de 12 horas deberían ser similares a un día de 24 horas. La luz solar sale y cae dos veces más rápido, y la producción de oxígeno sigue el mismo ritmo", explica el científico marino Arjun Chennu, del Centro Leibniz de Investigación Marina Tropical, en Alemania.
"Pero la liberación de oxígeno de los tapetes bacterianos no lo hace, porque está limitada por la velocidad de difusión molecular. Este sutil desacoplamiento de la liberación de oxígeno de la luz solar está en el corazón del mecanismo".
Estos resultados se incorporaron a modelos globales de los niveles de oxígeno, y el equipo descubrió que el alargamiento de los días estaba relacionado con el aumento del oxígeno de la Tierra, no sólo con el Gran Evento de Oxidación, sino con otra segunda oxigenación atmosférica denominada Evento de Oxigenación del Neoproterozoico, hace entre 550 y 800 millones de años.
"Unimos leyes físicas que operan a escalas muy diferentes, desde la difusión molecular hasta la mecánica planetaria. Demostramos que existe una relación fundamental entre la duración del día y la cantidad de oxígeno que pueden liberar los microbios que habitan en el suelo", dijo Chennu.
"Es muy emocionante. Así vinculamos la danza de las moléculas del tapete microbiano con la danza de nuestro planeta y su Luna".
Fuentes, créditos y referencias:
La investigación se ha publicado en Nature Geoscience.