La historia de vida de Gaia: 4.500 millones de años en una sola imagen [*]

Ugo Bardi

Desde Florencia, Italia

Image by Pomar et al., 2022; consulte el título al final de la publicación. Esta imagen generó una publicación que puede resultarle un poco difícil de digerir. Pero los ciclos de nutrientes de la ecosfera son un tema tan fascinante que no pude evitar escribir sobre ellos, y espero haber logrado transmitirles al menos parte de esta fascinación. Cuando vi la imagen de arriba, me recordó la tabla periódica de los elementos, un conocimiento que hoy damos por sentado, pero que fue una innovación importante cuando apareció por primera vez en la década de 1860.

Cuando vi la imagen de arriba, me recordó la tabla periódica de los elementos, un conocimiento que hoy damos por sentado, pero que fue una innovación importante cuando apareció por primera vez en la década de 1860.

Fue el resultado de varias aportaciones, pero la más destacable fue la de Dmitri Mendeleyev, quien se atrevió a proponer que las regularidades de la tabla indicaban que tenía que haber elementos que aún no habían sido descubiertos. A partir de entonces hablamos de la “tabla de los elementos de Mendeleev”, la piedra angular de todo lo que sabemos en química.

Lo impresionante de la tabla de elementos es que hay cierto orden; cierta lógica en el universo. Nuestros primeros intentos de sistematizar el conocimiento en nuevos campos a menudo conducen a errores e ideas caóticas. Pero al final la lógica sale a la luz. Hay razones para lo que vemos.

Está sucediendo ahora mismo para nuestro conocimiento de la historia de la Tierra; La historia de vida de Gaia. Después de al menos un par de siglos de trabajo, está apareciendo una lógica. Vemos a Gaia como un ser vivo que nació, creció, cambió, experimentó catástrofes, se recuperó, volvió a crecer y ahora quizás esté en su clímax, viendo ya el inicio de su declive terminal que durará al menos unos cientos de millones de años.

Entonces, tenemos la impresionante imagen de arriba, proporcionada por Luis Pomar en un artículo reciente. Si no está familiarizado con estas cosas, es posible que se pierda en la terminología arcana utilizada. Por ejemplo, «NOE» significa «evento de oxigenación neoproterozoico», mientras que «GOE» significa «Gran Evento de Oxigenación», ¡pero el primero fue mayor que el segundo! Y apuesto a que nunca has oído hablar de los “ooides” (“cálculos de huevo”), agregaciones esféricas de carbonato de calcio sedimentado. Pero ahora lo sabes, y ahí están, apareciendo quizás hace 2.500 millones de años.

Así son las cosas: la historia de vida de Gaia es mucho más complicada que las filas y columnas bien ordenadas de la tabla periódica de los elementos. Le sugiero que lea detenidamente este gráfico durante un rato para tener una idea de cómo se desarrollaron estos enormes cambios durante este larguísimo período de tiempo. Me impresionó la secuencia de las placas continentales: Kenorland, Columbia, Rodinia y Pangea (y había pequeños continentes incluso antes de Kenorland). No sabía que el pH del océano (cuadro “C” en la imagen) aumentó gradualmente a lo largo de miles de millones de años, pero es la consecuencia lógica de la disminución gradual de las concentraciones de CO₂ en la atmósfera (este es el tema central del artículo). Tenga en cuenta, de todos modos, que algunos elementos del gráfico son muy inciertos y, por ejemplo, la curva de concentración de oxígeno es probablemente mucho más plana que la reportada en la sección D. Además, los datos sobre la concentración de CO₂ atmosférico (sección E) puede cambiar a medida que aparecen nuevos estudios.

Es fácil perderse en esta tabla; está increíblemente lleno de datos y eventos. En cualquier caso, si tienes tiempo para leer todo el artículo, aprenderás muchas cosas que van mucho más allá de la visión simplificada de la homeostasis del clima de la Tierra que solemos tener. Un elemento que muchas veces no se tiene en cuenta es el de los “carbonatos biogénicos”, parte fundamental del ciclo planetario del carbono. El aumento gradual de la irradiación solar ha provocado una menor concentración de CO₂ en la atmósfera para mantener la homeostasis de la temperatura del sistema. Eso, a su vez, llevó a la idea de que las plantas modernas carecen de CO₂, lo cual probablemente sea incorrecto (pero será necesario otro artículo largo para explicar por qué).

Lo que quizás no sabías (yo no lo sabía antes de leer este artículo) es que la disponibilidad de fosfato como nutriente también ha ido disminuyendo con los eones. Sí, porque el fósforo no tiene una molécula gaseosa estable y sólo está disponible como iones fosfato en agua (PO43). Pero esta disponibilidad depende del pH, y para pH altos (más básicos), los fosfatos tienden a precipitar como compuestos sólidos de calcio. Es bueno que los fosfatos no sean fácilmente solubles en agua, de lo contrario sería perjudicial para los dientes y los huesos. En cualquier caso, el CO₂ tiende a acidificar el agua y la disminución gradual de las concentraciones de CO₂ en el aire hizo que el agua se volviera más básica. Por lo tanto, los iones de fosfato se volvieron menos disponibles para las criaturas vivientes: la vida moderna en la Tierra se ha quedado sin PO43. Todavía hoy, los fosfatos son un componente importante de los fertilizantes utilizados en la agricultura. No es tan complicado una vez que lo dominas, pero es una serie de concatenaciones que necesitan algo de tiempo para entenderse.

La idea propuesta en el artículo que estoy discutiendo aquí es que la vida hizo frente a estas condiciones desfavorables desarrollando lo que llaman «PEM», el mecanismo de extracción de fosfato. Es un ciclo generado por el cambio diurno de la fotosíntesis y la respiración que actúa como una bomba para precipitar y disolver los carbonatos, haciendo que los fosfatos estén disponibles para los seres vivos durante la fase ácida. Así es como los autores describen el mecanismo:

La fotosíntesis normalmente implica la absorción de CO₂ y la liberación de O₂ durante el día, predominando sobre la respiración; Por la noche, la respiración consume O₂ y libera CO₂. El resultado es una fuerte variación diaria tanto en el pH como en las concentraciones de O₂ disuelto en ambientes acuáticos. En ambientes de agua cálida en los que la alcalinidad es relativamente alta y las concentraciones de PO43- son mínimas, estas variaciones tienen el potencial de promover la precipitación de CaCO3 y la adsorción asociada de PO43- durante el día, cuando la fotosíntesis está activa. Por la noche, un pH más bajo y una menor disponibilidad de oxígeno pueden promover cierta disolución de CaCO₃ y desorción de PO43-. La combinación de calcificación y extracción de PO43- ocurre en cianobacterias fotosintetizadoras, así como en una amplia gama de nano fitoplancton calcificante y macroalgas calcáreas, lo que indica que este proceso permite que los organismos fotosintéticos tanto procarióticos como eucariotas prosperen en aguas cálidas, alcalinas y oligotróficas. Las concentraciones tanto de CO₂ atmosférico como de PO43− en la superficie del océano, que son esenciales para la productividad biológica, han disminuido al menos entre 1 y 2 órdenes de magnitud a lo largo de la historia de la Tierra. El mecanismo de extracción de fosfato, asociado con la calcificación inducida fotosintéticamente, ha desempeñado un papel importante en la producción y acumulación de carbonatos en gran parte del Proterozoico y Fanerozoico.

Historia complicada, ¿verdad? En efecto, Gaia es una diosa femenina y, como dama de gran experiencia, a veces resulta difícil de entender para nosotros, simples humanos. Pero seguramente es fascinante en todas sus manifestaciones. (imagen generada por Dezgo.com)

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Leyenda de la (from Pomar et al.). Nodos de precipitación de carbonatos, tasas de macroevolución genética y estimaciones de oxígeno y CO2 en la atmósfera. (A): Supercontinentes y crecimiento de la corteza terrestre; Ensamblaje de orógenos precratónicos, de acreción y supercontinentes (redibujado de múltiples fuentes). (B): Modos de precipitación de carbonatos a lo largo de la historia de la Tierra (múltiples fuentes). [1]: Fósiles más antiguos [18]. [2]: Estromatolitos más antiguos de Isua [19]. (C): evolución del pH a partir de [20]; [a]: modelo nominal, en el que la temperatura superficial media del Arcaico es ligeramente superior a las temperaturas superficiales modernas. La fracción de tierra arcaica estaba entre el 10% y el 75% de la fracción de tierra moderna; [b]: ningún escenario de miembro final de territorio arcaico; [c]: modelo con niveles supuestos de 100 ppm de metano proterozoico y 1% de metano arcaico. (D): Estimaciones máximas y mínimas de la presión parcial de oxígeno atmosférico (después de [21]). (E): Estimaciones de la concentración de CO2 atmosférico; [3] de [22], los límites superior e inferior reflejan la temperatura superficial promedio; [3] de [22], para una Tierra libre de hielo (20 °C) y cubierta de hielo (5°); [4] Composición isotópica de acritarca [23]; [5] Modelización de yacimientos de isótopos de C [24]; [6] Modelos fanerozoicos GEOCARB III [25]; [7] Compilación de Royer [26]; [8] de [27]; [9] balances de masa de paleosuelos [28]; [10] de [29]; [11] El merlán picoplanctónico y la calcificación parcial de la vaina comenzaron hace 1400-1300 Ma (33 CO2 PAL), y las CCM de cianobacterias se indujeron cuando pCO2 = 10 PAL[30]. PAL: nivel atmosférico actual; GOE: el Gran Evento de Oxigenación; NOE: Evento de oxigenación neoproterozoico. (Esta figura es una recopilación e interpretación original de datos de L. Pomar, basada en numerosas fuentes).