Alimentare un'enorme biosfera sulla Terra, la fotosintesi è la reazione mediata dalla luce che converte l'anidride carbonica e l'acqua in carboidrati e ossigeno. Circa 2,3 miliardi di anni fa, questa reazione ha portato a una drammatica ossigenazione dell'atmosfera terrestre.
Esistono prove che la fotosintesi che rilascia ossigeno si sia evoluta molto prima, forse già 3 miliardi di anni fa. Però, l'atmosfera ricca di ossigeno che diamo per scontata oggi è esistita solo per circa il 10% dei 4,5 miliardi di anni di storia della Terra. Perché l'ossigenazione dell'atmosfera è avvenuta molto più tardi dell'evoluzione della fotosintesi che rilascia ossigeno?
"Il notevole ritardo è rimasto un enigma duraturo nei campi della storia della Terra e della scienza planetaria, "dice Christopher Reinhard, un assistente professore presso la Scuola di Scienze della Terra e dell'Atmosfera (EAS).
Reinhard, l'ex ricercatore postdottorato EAS Kazumi Ozaki, e collaboratori hanno proposto una soluzione al puzzle. Le loro scoperte, pubblicato in Comunicazioni sulla natura , suggeriscono che negli oceani della Terra primitiva, i fotosintetizzatori che rilasciano ossigeno non potevano competere efficacemente con le loro controparti primitive.
I moderni fotosintetizzatori consumano acqua e rilasciano ossigeno. Quelli primitivi invece consumano ioni di ferro disciolti, che sarebbero stati abbondanti negli oceani della Terra primitiva. Producono ruggine come sottoprodotto anziché ossigeno.
Utilizzando la microbiologia sperimentale, genomica, e modellazione biogeochimica su larga scala, "abbiamo scoperto che i batteri fotosintetici che usano il ferro invece dell'acqua sono feroci concorrenti per luce e sostanze nutritive, "dice Ozaki, primo autore dell'articolo e ora assistente professore presso il Dipartimento di Scienze Ambientali della Toho University, in Giappone. "Proponiamo che la loro capacità di competere con i fotosintetizzatori che producono ossigeno sia una componente importante del ciclo globale dell'ossigeno della Terra".
Lo studio fa parte dell'obiettivo di ricerca di Reinhard per capire come l'evoluzione della biosfera fotosintetica abbia controllato la composizione dell'atmosfera terrestre. "Vogliamo capire i tempi delle principali innovazioni biologiche e il loro impatto sulla chimica degli oceani e dell'atmosfera della Terra. Consideriamo questi principi centrali nella comprensione delle nostre origini evolutive e nella ricerca della vita oltre il nostro sistema solare".
"I nostri risultati contribuiscono ad una più profonda conoscenza dei fattori biologici che controllano l'evoluzione a lungo termine dell'atmosfera terrestre, "Dice Ozaki. "Offrono una migliore comprensione meccanicistica dei fattori che promuovono l'ossigenazione delle atmosfere dei pianeti simili alla Terra oltre il nostro sistema solare." I risultati "offrono un vantaggio completamente nuovo da cui costruire modelli teorici del ciclo biogeochimico dell'ossigeno terrestre. , "Reinhard aggiunge.
