Circa 2,3 miliardi di anni fa, l’ossigeno iniziò ad accumularsi nell’atmosfera, raggiungendo infine i livelli di sostentamento vitale che ci permettono di respirare oggi. Una nuova ipotesi proposta dagli scienziati del MIT suggerisce un meccanismo per spiegare cosa può essere accaduto
di MIT Technology Review Italia
Per i primi 2 miliardi di anni della storia della Terra, la presenza dell’ossigeno nell’aria è stata irrilevante. Mentre alcuni microbi procedevano con il processo di fotosintesi, l’ossigeno non si era ancora accumulato a livelli che avrebbero avuto un impatto sulla biosfera globale. Ma da qualche parte circa 2,3 miliardi di anni fa, questo equilibrio è venuto meno e l’ossigeno ha iniziato ad accumularsi nell’atmosfera, raggiungendo infine i livelli attuali.
Questa trasformazione è conosciuta come la Catastrofe dell’Ossigenazione, o GOE, vale a dire la grande estinzione di massa delle primitive forme di vita anaerobica della Terra causata dall’accumulo di ossigeno letale nell’atmosfera terrestre, che rimane ancora oggi uno dei più grandi misteri della scienza.
Come riportato da “SciTechDaily”, una nuova ipotesi, proposta dagli scienziati del MIT, suggerisce che l’ossigeno abbia iniziato ad accumularsi nell’atmosfera grazie alle interazioni tra i microbi marini e i minerali nei sedimenti oceanici. Queste azioni concertate hanno aiutato a prevenire il consumo di ossigeno, innescando un processo di amplificazione autonoma che ha portato all’accumulazione della sostanza nell’atmosfera.
Gli scienziati, guidati da Daniel Rothman, professore di geofisica del Department of Earth, Atmospheric, and Planetary Sciences (EAPS) del MIT, hanno esposto la loro ipotesi utilizzando analisi matematiche ed evolutive, dimostrando l’esistenza di microbi prima del GOE che hanno sviluppato la capacità di interagire con i sedimenti nel modo proposto dai ricercatori. Il loro studio, pubblicato su “Nature Communications”, è il primo a collegare la coevoluzione di microbi e minerali all’ossigenazione della Terra.
I livelli di ossigeno odierni nell’atmosfera sono un equilibrio stabile tra i processi che producono ossigeno e quelli che lo consumano. Prima del GOE, non era così. Cosa potrebbe aver spinto il pianeta da uno stato stabile e carente di ossigeno a un altro stato stabile e ricco di ossigeno?
“Se si guarda alla storia della Terra, sembra che ci siano stati due passaggi in cui si è passati da uno stato stazionario di basso ossigeno a uno con presenza di gran lunga maggiore dell’ossigeno: nel Paleoproterozoico e nel Neoproterozoico“, osserva un altro autore dello studio, Gregory Fournier, professore di geobiologia all’EAPS Fournier. “Questi salti non possono essere dovuti a un graduale aumento dell’eccesso di ossigeno. Ci deve essere stato un circolo vizioso di feedback che ha causato questo cambiamento di stabilità”.
La domanda era se un ciclo di feedback così positivo potesse derivare da un processo nell’oceano che avrebbe reso indisponibile il carbonio organico ai microrganismi che lo consumano principalmente attraverso l’ossidazione, solitamente accompagnata dal dispendio di ossigeno. Grazie a questo processo i microbi nell’oceano utilizzano l’ossigeno per abbattere la materia organica, come i detriti che si sono depositati nei sedimenti. Il team si è chiesto: potrebbe esserci stato un processo mediante il quale la presenza di ossigeno ha stimolato il suo ulteriore accumulo?
Hanno quindi elaborato un modello matematico che ha fatto la seguente previsione: se i microbi possedessero la capacità di ossidare solo parzialmente la materia organica, la materia parzialmente ossidata, o “POOM”, diventerebbe effettivamente “appiccicosa” e si legherebbe chimicamente ai minerali in sedimentazione in modo da proteggere il materiale da un’ulteriore ossidazione.
L’ossigeno che altrimenti sarebbe stato consumato per degradare completamente il materiale sarebbe invece libero di accumularsi nell’atmosfera. Questo processo, hanno scoperto, potrebbe fungere da feedback positivo, fornendo una pompa naturale per spingere l’atmosfera in un nuovo equilibrio ad alto contenuto di ossigeno.
“Questa ipotesi ci ha portato a chiederci se esiste un metabolismo microbico che avrebbe prodotto POOM”, dice Fourier. La risposta viene da alcuni appartenenti al gruppo batterico SAR202, in cui l’ossidazione parziale avviene attraverso un enzima, la monoossigenasi Baeyer-Villiger, o BVMO. Il team ha effettuato un’analisi filogenetica per vedere fino a che punto è possibile risalire al microbo e al gene per l’enzima. Hanno scoperto che i batteri avevano effettivamente antenati che risalivano a prima del GOE e che il gene dell’enzima poteva essere rintracciato in varie specie microbiche, fin dai tempi pre-GOE.
Inoltre, hanno scoperto che il numero di specie che hanno acquisito il gene, è aumentato in modo significativo durante i periodi in cui l’atmosfera ha subito picchi di ossigenazione, ossia durante il Paleoproterozoico del GOE e di nuovo nel Neoproterozoico. “Abbiamo trovato alcune correlazioni temporali tra la diversificazione dei geni che producono POOM e i livelli di ossigeno nell’atmosfera”, afferma un altro degli autori dello studio, Haitao Shang. “La nostra teoria è confermata”.
(rp)
