En la caricatura "Ice Age" vemos las divertidas aventuras de un grupo de animales multicolores durante la glaciación global. En realidad, las condiciones eran mucho más severas, y los organismos vivos hicieron todo lo posible para extender su existencia. Si recordamos la criogenia, la edad de hielo más severa en la historia de nuestro planeta, entonces surge la pregunta obvia: ¿cómo sobrevivieron los organismos vivos? Un grupo de científicos de la Universidad McGill (Montreal, Canadá) decidió reunir toda la información disponible sobre criogenia y descubrió que los eucariotas sobrevivieron a través de los "oasis de oxígeno". ¿Qué procesos fisicoquímicos contribuyeron a la continuación de la vida en la Tierra y qué papel desempeñó el agua glacial derretida en esto? Esto y no solo aprendemos del informe del grupo de investigación. Vamos
Base de estudio
Para determinar la criogenia como un período de tiempo, es necesario desmontar una muñeca de anidación geocronológica: Precámbrico - Proterozoico - Neoproterozoico - Criogenia. Comenzó hace unos 720 millones de años y terminó hace 635 millones de años, es decir duró 85 millones de años.
La edad de hielo es un término colectivo, porque en la historia del planeta hubo varios que ocurrieron en diferentes épocas: Cenozoico (hace 20-30 millones de años); Paleozoico (hace 380-240 millones de años); neoproterozoico (hace 900-590 millones de años); Paleoproterozoico (hace 2.5-2.2 mil millones de años).
La criogenia, que es el segundo período en el Neoproterozoico (antes de eso había tonio, y después de eso, ediacaria), no se puede llamar la edad de hielo más larga o más fría. Tal fue la glaciación Huron, que duró unos 300 millones de años durante el Paleoproterozoico. Sin embargo, la criogenia a menudo se llama la glaciación más severa. Esto se debe al hecho de que durante este período, casi toda la superficie de la Tierra estaba cubierta de hielo y nieve, de donde surgió el nombre de la teoría "
Snowball Earth ", que explica este fenómeno.
La criogenia fue reconocida oficialmente hace relativamente poco, en 1990 fue ratificada por la comisión internacional de estratigrafía, que se ocupa de cuestiones de
estratigrafía * , geología y geocronología a escala mundial.
La estratigrafía * es una rama de la geología destinada a determinar la edad geológica de las capas de rocas volcánicas y sedimentarias.
La ameba fósil (
Arcellinida ), que se cree que se desarrolló durante este período, ha sobrevivido desde la criogenia hasta nuestros días. Además, los fósiles de esponja más antiguos se remontan al período criogénico. A pesar de la severidad del clima en ese momento, surgieron algas rojas, algas verdes, stramenopili, ciliados, dinoflagelados y amebas de concha. Y al final de la criogénesis, se formó un plancton heterotrófico, que se alimenta de algas unicelulares y procariotas.
Vale la pena señalar que no tanto la temperatura como la formación de hielo real tuvieron un efecto negativo en la vida durante el período de criogénesis. Los océanos cubiertos de hielo se volvieron inadecuados para la vida debido a la falta de oxígeno. Sin embargo, dado que estamos aquí, significa que algo ayudó a los eucariotas a superar todas las dificultades de la era de hielo y continuar su desarrollo y propagación por todo el planeta. En el estudio que estamos considerando hoy, los científicos sugirieron que los eucariotas fueron ayudados por los "oasis de oxígeno" formados en los océanos a través del agua glacial derretida. Realizaron un análisis de datos geológicos y llegaron a la conclusión de que esta teoría es absolutamente cierta.
Los científicos señalan que en muchas
sucesiones * del período criogénico encontrado en todo el planeta, se descubrieron depósitos de hierro (IF de
la formación de hierro ).
Sucesión * : una secuencia cronológica de capas (capas o estratos) de suelo o roca sedimentaria. La ley de sucesión de la fauna dice que los restos de un neandertal no se pueden encontrar en la misma capa de suelo que los restos de un megalosaurio, ya que estas dos especies vivieron en diferentes períodos geológicos, separados por millones de años.
Estos hallazgos son datos geoquímicos importantes con respecto a los procesos que ocurren en los océanos durante el período de glaciación. Para obtener una imagen general de los procesos redox en los océanos durante la glaciación extrema, los científicos recolectaron datos de nueve sucesiones que contenían IF, de tres paleocontinentes (continentes antiguos), correspondientes a ubicaciones tan modernas: Namibia, Australia y Estados Unidos.
Imagen No. 1: ubicaciones seleccionadas para investigación, así como su sedimentología (estudio de rocas sedimentarias y los procesos de su formación).Las 9 sucesiones estudiadas que contienen IF demostraron evidencia sedimentológica de sedimentación en un ambiente oceánico helado, incluida una relación estratigráfica con sedimentos marinos cubiertos de hielo y
diamictitas * que contienen fragmentos de
sombra glacial * .
Diamiktit * - roca sedimentaria que contiene fragmentos de rocas de diferentes tamaños.
Eclosión glacial * : un conjunto de rasguños paralelos en la superficie de la roca formados por el contacto con arena o grava incluida en la superficie inferior del glaciar. La eclosión de hielo se usa para determinar el movimiento de los glaciares durante la glaciación.
Los depósitos encontrados en las muestras se pueden dividir en varios grupos dependiendo del mecanismo y la zona de su formación.
La zona de contacto glacial es un espacio angosto dentro de ~ 2 km de la línea de base, donde las diamictitas masivas de grano grueso son numerosas debido a la fusión del
hielo basal * y la precipitación en la plataforma de hielo.
Hielo basal * : hielo en la base del glaciar.
La zona glacial-distal (a más de 10 km de la línea de base) se caracteriza principalmente por sedimentos estratificados de grano fino obtenidos por sedimentación de sedimentos suspendidos de los flujos de agua fundida y depósitos de
turbidita * .
Turbidita * : un conjunto de rocas sedimentarias formadas en aguas profundas debido a la sustancia transportada por los flujos turbios.
La zona glacial proximal es intermedia entre el contacto (donde la roca está en contacto con el hielo) y la distal. También hay diamictitis, pero en un número menor que en el medio en contacto con el hielo.
La zona de sedimentación de las formaciones estudiadas varía según la región y la estratigrafía; por lo tanto, a cada muestra que contiene IF se le asignó un entorno oceánico glacial (medio de contacto, hielo proximal o hielo distal) en función de las características externas predominantes de un grupo
litológico * particular.
Litología * : estudio de la composición, estructura, origen y cambios de las rocas sedimentarias.
Las muestras de Namibia estaban dominadas por diamictitas masivas que contenían abundantes fragmentos multifacéticos y eclosionados. En algunos lugares, se encontró evidencia de deformación subglacial en un medio de contacto con hielo. Las muestras que contienen IF (
1C ) mezcladas con estas diamictitas son de hecho ricas en hierro (Fe). Sin embargo, algunos de ellos contenían menos diamictitas, pero más sedimentos del fondo marino, lo que indica un rango de condiciones de sedimentación desde el contacto glacial hasta la zona glacial-distal.
Las muestras del sur de Australia (
1D ) se caracterizan por la presencia de diamictitas con desechos de gran tamaño,
limolitas * y
lutitas * que contienen
piedra de caída * .
Siltstone * es una roca sedimentaria sólida formada a partir de rocas sedimentarias sueltas finamente detríticas (es decir, a partir de limolitas) durante el proceso de litificación (conversión de sedimentos sueltos en rocas duras).
La pizarra * es una roca con una estructura en capas que consiste en diferentes minerales.
Dropstone * : un trozo de roca que se ha caído del hielo flotante que se derrite ( drop -drop y stone -stone).
Las muestras de California (EE. UU.) Consisten principalmente en areniscas turbiditas y limolitas, así como pequeñas diamictitas. Las rocas que contienen IF en muestras de los Estados Unidos son bastante delgadas (menos de 5 m) y se mezclan con limolitas, areniscas y sedimentos de flujo másico, lo que indica un origen glacial-distal. Sin embargo, los depósitos raros que contienen IF asociados con diamictitas masivas están asociados con la zona glacial-distal (
1E ).
De las observaciones anteriores, se deduce que los depósitos que contienen IF están presentes en todas las muestras en una u otra cantidad.
Imagen 2: Gráficos redox de depósitos de hierro (IF).Para crear una imagen general de los procesos redox durante el período de glaciación, se recolectaron datos elementales e isotópicos-geoquímicos de depósitos de hierro mediante escaneo petrográfico.
Los depósitos de hierro (IF) son hematita de grano fino (Fe2O3) con impurezas en forma de cemento silíceo y detritos. La precipitación de estos depósitos ocurre debido a la oxidación del hierro disuelto en el agua de mar.
Los datos geoquímicos de IF demuestran una secuencia clara, que puede explicarse por la proximidad relativa a la línea de contacto de hielo y roca, y esto puede indicar la existencia de un cierto gradiente de reacciones redox (OVR).
Por lo tanto, SI en contacto con el hielo son los más enriquecidos en hierro (
2A ). El hecho de la presencia de hierro en los depósitos, a pesar de la alta tasa de deposición de detritos en las zonas de contacto de hielo y roca, indica un rápido proceso de oxidación de hierro en estas condiciones.
Al igual que el hierro, el manganeso (Mn) es un metal sensible a OVR que es soluble en condiciones libres de oxígeno, formando óxidos en presencia de O
2 . Los óxidos de manganeso se someten rápidamente a una disolución reductora en presencia de hierro ferroso en el agua de mar. Por lo tanto, el enriquecimiento con óxido de manganeso puede estar asociado con una corriente de agua oxigenada.
La variabilidad de OVR del agua de mar también se confirma por la geoquímica de los elementos de tierras raras presentes en IF, como el cerio (Ce). El cerio se agota en el agua de mar en condiciones de oxígeno en comparación con las tierras raras insensibles a OVR debido a la purificación oxidativa, lo que conduce a
anomalías de cerio * (Ce
n / Ce
n * <1) en el agua de mar de oxígeno.
La anomalía del cerio * es un fenómeno en geoquímica en el que la concentración de cerio (Ce) disminuye o aumenta en la roca en comparación con otros elementos de tierras raras.
Esta observación también confirma la presencia de agua de mar enriquecida con oxígeno cerca de las zonas de formación de hielo.
Las composiciones isotópicas de Fe de los depósitos de hierro estudiados dan una idea adicional de la dinámica del SIR en el ambiente marino del período criogénico. Los IF tienen un rango muy amplio de isótopos (
2D ) con valores extremadamente bajos de δ
56 Fe (hasta -1.8 ‰) y valores anormalmente altos (hasta 2.7 ‰). Se encontraron valores negativos impresionantes de δ
56 Fe (valor promedio de δ
56 Fe = −0.57 ‰; n = 14) exclusivamente en muestras de la zona de contacto hielo-roca. Todas las demás muestras tienen un valor positivo de δ
56 Fe: el valor promedio de δ
56 Fe = 1.1 ‰, n = 21 (zona glacial proximal); el valor promedio de δ
56 Fe = 1.5; n = 46 (zona glacial-distal). Esto sugiere que el valor aumenta cuando se separa de la zona de contacto de hielo y roca.
Resumiendo los resultados anteriores (enriquecimiento redox de metales, anomalías de Ce e isótopos de Fe), se puede ver una tendencia a aumentar la oxigenación (enriquecimiento de oxígeno) del agua de mar en las inmediaciones de la capa de hielo. Por lo tanto, la fuente de O
2 es la capa de hielo en sí, que se formó como resultado de la compactación de la nieve. Como resultado de este proceso, las burbujas de aire fueron "capturadas" en el hielo.
El agua glacial derretida puede formarse desde la capa superior del glaciar, desde la base del glaciar y desde la base de la plataforma de hielo a través de flujos geotérmicos, presión y calentamiento por fricción. Como resultado, obtenemos agua de deshielo rica en oxígeno que les proporciona el medio ambiente debajo del glaciar.
Imagen 3: El esquema para lixiviar agua basal rica en oxígeno en un ambiente libre de oxígeno debajo de un glaciar.La mezcla de agua derretida rica en oxígeno con agua basal explica completamente los procesos geoquímicos asociados con los depósitos de hierro (IF), así como su ubicación. En consecuencia, los depósitos de hierro son evidencia directa de la teoría de los "oasis de oxígeno" subglaciales.
Y, de hecho, a pesar de las condiciones climáticas extremadamente duras, la vida en el planeta no solo dejó de existir, sino que también continuó desarrollándose. El análisis de los fósiles de la criogénesis mostró que durante este período se formaron muchos organismos eucariotas, incluidos los
arqueoplastidos , los
opistogontos y los
amebozoos .
Muchos de estos eucariotas son aerobios, porque la oxigenación del ambiente subglacial a través del agua de deshielo fue una base extremadamente importante para mantener la vida. Los oasis de oxígeno podrían extenderse por muchos kilómetros, como lo demuestran las observaciones modernas de las afueras heladas de la Antártida. De ello se deduce que dicho hábitat podría ser no solo grande, sino también más estable que las grietas glaciales, que se mencionan en otras teorías de oxigenación.
Teniendo en cuenta que la disponibilidad de O
2 es vital para el desarrollo de vida multicelular compleja, se puede suponer que los oasis de oxígeno fueron
refugios importantes
* para los primeros animales.
Refugium * es un área de hábitat donde una especie biológica o grupo de especies sobrevivió o está experimentando un período de tiempo geológico desfavorable para ellos. Se cree que en el refugio, la especie se puede preservar e incluso propagarse de ella.
Los estudios modernos de
relojes moleculares * muestran que la naturaleza multicelular de los animales se desarrolló incluso antes de la criogénesis.
Reloj molecular * : un método para fechar eventos filogenéticos (relaciones evolutivas entre especies), basado en la hipótesis de que los cambios evolutivamente significativos en los monómeros en las biomoléculas ocurren a una velocidad casi constante.
Los primeros animales probablemente fueron bentónicos (abajo), dado que las esponjas se consideran el tesoro basal de los animales. Con base en esto, los científicos sugieren que la oxigenación del ambiente oceánico subglacial fue un proceso importante en el desarrollo y la propagación de la macrofauna bentónica. Además, el suministro de agua fresca descongelada también podría ayudar a reducir el grado de salinidad, que es importante para las esponjas tempranas. El hábitat de las esponjas modernas es bastante amplio y diverso, pero las características biológicas de sus antepasados siguen siendo un misterio. Por lo tanto, es difícil decir si podrían vivir en un ambiente súper salino, que se formó debido a la formación de hielo en la superficie del océano.
Para una familiarización más detallada con los matices del estudio, le recomiendo que examine el
informe de los científicos .
Epílogo
La criogenia estaba lejos del período más fácil para las especies biológicas en nuestro planeta. Sin embargo, la vida encontró una salida a la situación: derretir el agua dulce, saturada de oxígeno, mezclada con el océano, lo que dio lugar a un hábitat que era aceptable para la supervivencia e incluso el desarrollo.
Para revelar el secreto de la supervivencia de los eucariotas en la edad de hielo más severa, los depósitos de hierro ayudaron, que, como las fotografías del pasado lejano, contenían información geoquímica valiosa sobre los procesos que tuvieron lugar hace millones de años.
Según los propios investigadores, su trabajo permitió no solo desentrañar el misterio de la supervivencia de los organismos en la criogenia, sino también explicar la reaparición de depósitos de hierro en muestras geológicas, que hasta entonces habían estado ausentes durante aproximadamente mil millones de años.
El oxígeno, por supuesto, es muy importante para la supervivencia, pero además de esto, también se necesitan alimentos. Los científicos tienen la intención de continuar su investigación para descubrir qué comieron los eucariotas durante la criogénesis.
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