Il professor Galen Halverson della McGill University esplora i depositi di ironstone lungo una cresta rocciosa nelle montagne Wernecke (Yukon, Canada). Credito:Maxwell Lechte
Quando la Terra ha raggiunto livelli di ossigeno sufficienti a sostenere la vita animale? I ricercatori della McGill University hanno scoperto che un aumento dei livelli di ossigeno si è verificato di pari passo con l'evoluzione e l'espansione di ecosistemi complessi ed eucariotici. Le loro scoperte rappresentano la prova più forte fino ad oggi che livelli di ossigeno estremamente bassi hanno esercitato un'importante limitazione all'evoluzione per miliardi di anni.
"Finora, c'era una lacuna critica nella nostra comprensione dei fattori ambientali nella prima evoluzione. La Terra primordiale era caratterizzata da bassi livelli di ossigeno, fino a quando i livelli di ossigeno in superficie non sono diventati sufficienti per la vita animale. Ma le proiezioni per quando si è verificato questo aumento variavano da oltre un miliardo di anni, forse anche molto prima che gli animali si evolvessero", afferma Maxwell Lechte, ricercatore post-dottorato presso il Dipartimento di Scienze della Terra e dei Pianeti sotto la supervisione di Galen Halverson alla McGill University.
Le pietre di ferro forniscono informazioni sui primi anni di vita
Per trovare risposte, i ricercatori hanno esaminato rocce sedimentarie ricche di ferro provenienti da tutto il mondo depositate in antichi ambienti costieri. Analizzando la chimica del ferro in queste rocce, i ricercatori sono stati in grado di stimare la quantità di ossigeno presente quando le rocce si sono formate e l'impatto che avrebbe avuto sulla vita in anticipo come i microrganismi eucarioti, i precursori degli animali moderni.
"Queste pietre di ferro offrono informazioni sui livelli di ossigeno degli ambienti marini poco profondi, dove la vita si stava evolvendo. L'antico record di pietra di ferro indica circa meno dell'1% dei livelli di ossigeno moderni, il che avrebbe avuto un impatto immenso sulla complessità ecologica", afferma Changle Wang, un ricercatore presso l'Accademia cinese delle scienze che ha co-diretto lo studio con Lechte.
Le Ironstones sono rocce sedimentarie depositate lungo le coste milioni di anni fa, che contengono abbondanti granuli di ossidi di ferro che contengono indicatori chimici della quantità di ossigeno presente al momento della formazione. Credito:Maxwell Lechte
"Queste condizioni di basso livello di ossigeno persistettero fino a circa 800 milioni di anni fa, proprio quando iniziamo a vedere per la prima volta prove dell'aumento di ecosistemi complessi nella documentazione rocciosa. Quindi, se gli eucarioti complessi fossero presenti prima di allora, i loro habitat sarebbero stati limitati da un basso livello di ossigeno ", afferma Lechte.
La Terra rimane l'unico posto nell'universo conosciuto per ospitare la vita. Oggi l'atmosfera terrestre e gli oceani sono ricchi di ossigeno, ma non è sempre stato così. L'ossigenazione dell'oceano e dell'atmosfera terrestre è stata il risultato della fotosintesi, un processo utilizzato da piante e altri organismi per convertire la luce in energia, rilasciando ossigeno nell'atmosfera e creando le condizioni necessarie per la respirazione e la vita animale.
Alla ricerca di segni di vita oltre il nostro sistema solare
Secondo i ricercatori, le nuove scoperte suggeriscono che l'atmosfera terrestre è stata in grado di mantenere bassi livelli di ossigeno atmosferico per miliardi di anni. Ciò ha importanti implicazioni per l'esplorazione di segni di vita al di là del nostro sistema solare, perché la ricerca di tracce di ossigeno atmosferico è un modo per cercare prove della vita passata o presente su un altro pianeta, o ciò che gli scienziati chiamano biofirma.
Ironstones all'interno degli strati rocciosi sedimentari del Grand Canyon (Arizona, USA), che conservano indizi su antichi ambienti marini. Credito:Susannah Porter
Gli scienziati usano la storia della Terra per misurare i livelli di ossigeno al di sotto dei quali i pianeti terrestri possono stabilizzarsi. Se i pianeti terrestri possono stabilizzarsi a bassi livelli di ossigeno atmosferico, come suggerito dai risultati, la migliore possibilità per il rilevamento dell'ossigeno sarà la ricerca del suo sottoprodotto fotochimico, l'ozono, affermano i ricercatori.
"L'ozono assorbe fortemente la luce ultravioletta, rendendo possibile il rilevamento dell'ozono anche a bassi livelli di ossigeno atmosferico. Questo lavoro sottolinea che il rilevamento ultravioletto nei telescopi spaziali aumenterà significativamente le nostre possibilità di trovare probabili segni di vita sui pianeti al di fuori del nostro sistema solare", afferma Noah Planavsky, biogeochimico all'Università di Yale.
Ulteriori studi geochimici sulle rocce di questo periodo consentiranno agli scienziati di dipingere un quadro più chiaro dell'evoluzione dei livelli di ossigeno durante questo periodo e di comprendere meglio i feedback sul ciclo globale dell'ossigeno, affermano i ricercatori.
