El Gran Evento de Desoxigenación

Supongamos un planeta terrestre similar a la Tierra o una super-Tierra en un estado comparable a la Tierra Precámbrica o Arcaica . La atmósfera es principalmente nitrógeno y dióxido de carbono, quizás algo de metano, pero muy poco o nada de oxígeno libre. CHON(PS) la vida ha evolucionado y luchado, pero eso está a punto de cambiar: algo ha evolucionado para aprovechar todo ese CO 2 . Con un giro.

¿Qué proceso(s) biológico(s) explicaría(n) por qué estos advenedizos toman CO atmosférico 2 y retener el oxígeno en lugar de liberarlo a la atmósfera? Para ser claros, propongo que se invierta el Gran Evento de Oxigenación , con una pérdida neta de oxígeno, ya que de alguna manera se incorpora a los organismos y luego, con el tiempo geológico, se secuestra como lo fue el carbono en la Tierra.

  • Presumiblemente, debe haber alguna ventaja evolutiva para mantener el oxígeno en lugar de bombearlo como un producto de desecho, pero no estoy seguro de cuál sería.

  • La solución no tiene por qué ser una alternativa a la fotosíntesis tal como la conocemos, simplemente no puede resultar en el desperdicio de oxígeno . Se podría hacer un caso para el monóxido de carbono u otros desechos oxidados, con el organismo reteniendo una sola molécula de oxígeno de la reacción, siempre que el efecto sea acumulativo.

  • No he especificado que este planeta tiene océanos de agua; si una alternativa como el amoníaco ayuda, suponga que es cierto, aunque sea poco probable.

  • Del mismo modo, si ajustar la corteza, la atmósfera (aparte de la composición mencionada), la temperatura o la estrella madre ayuda de alguna manera, asúmalo.

  • Si esto resulta en una situación de Medea , volviendo al planeta hostil a los organismos que consumen el dióxido de carbono y resultando en su extinción, que así sea, siempre y cuando todo ese oxígeno termine encerrado.

Esta es mi primera pregunta de ciencia dura , así que si me contradije o pasé por alto algo que hace que la respuesta sea imposible, indícalo. Esta pregunta parece estar relacionada, pero no es un duplicado.

El oxígeno no es difícil de eliminar, todo lo contrario. Si el oxígeno no se produce activamente, reaccionará con la mayoría de los metales y se agotará por sí solo. Es una de las razones por las que esperamos buscar oxígeno libre en los exoplanetas como señal de vida. Sé que esto no responde a tu pregunta, pero es por eso que es un comentario.
Soy consciente de los sumideros de oxígeno naturales como el hierro y el metano, pero estoy buscando un escenario en el que el oxígeno libre pueda producirse orgánicamente pero, en cambio, esté encerrado.
El oxígeno producido biológicamente ha estado encerrado continuamente durante cientos de millones de años (consulte la línea de tiempo del Gran Evento de Oxigenación). Finalmente, fueron los efectos combinados de la fotosíntesis, el entierro de carbono y el agotamiento de los sumideros naturales de oxígeno (como el hierro) los que llevaron a la oxigenación. Necesita modificar su planeta solo un poco para posponer la oxigenación por otros mil millones de años, o incluso indefinidamente.

Respuestas (2)

¡Claramente, su planeta tiene hierro para quemar!

El mejor análogo de algo que podría suceder es algo que ya sucedió. La propia Tierra primitiva estaba cubierta de hierro-Fe (II), para ser precisos. Esto provocó un gran retraso en el aumento del nivel de oxígeno. Durante aproximadamente mil millones de años después de la evolución de la fotosíntesis, los niveles de oxígeno se mantuvieron bajos porque el oxígeno libre que se producía esencialmente estaba oxidando la corteza terrestre. Esta es la fuente de las hermosas formaciones de hierro en bandas de la Era Precámbrica.

Sin embargo, esto fue un desperdicio de energía . La reacción del oxígeno y el hierro en realidad produce energía y algunas bacterias han desarrollado una forma de capitalizarla. Conoce Acidithiobacillus ferrooxidans . Es una bacteria que se encuentra en la Tierra en ambientes ácidos que sobrevive al oxidar el hierro para obtener energía y se encuentra en las minas de hierro y en el tubo de escape de su automóvil. Es un quimioautótrofo obligado y, por lo tanto, obtiene toda su energía de esta reacción, produciendo NADH a partir del gradiente de electrones. Del artículo de Silverman & Lundgren en 1958 :

[...] la energía derivada de la oxidación del hierro ferroso podría servir como único soporte para el crecimiento de un CO 2 -microorganismo asimilador

¿Suena familiar? Creo que se parece mucho a lo que estás buscando para corromper tu Tierra. Esta figura muestra la química involucrada; tenga en cuenta que el O 2 se toma junto con el hierro ferroso para producir energía (ATP y NADH) y agua:

La química detrás de las bacterias de la roya

Algunas advertencias

Esta química solo funciona en condiciones muy ácidas. Afortunadamente, los primeros océanos ya eran bastante ácidos y con una atmósfera que es principalmente CO 2 eso será empujado aún más bajo. Además, estas bacterias pueden crear sus propias bolsas de pH ácido; en un experimento, se observaron niveles tan bajos como 0,5 unidades en cultivo. Eso es aterrador.

Además, no estoy seguro de qué tan bien secuestraría el oxígeno. Suponiendo que se exporte a alta mar, el óxido de hierro se puede almacenar durante miles de millones de años, pero a un ritmo relativamente lento.

Otras opciones

Si no le gusta Acidithiobacillus ferrooxidans , hay otros dos que puede valer la pena considerar. Mariprofundus ferrooxydans es un microbio común en los respiraderos de aguas profundas, pero opera a un pH neutro y se duplica con bastante facilidad. Es tan raro que actualmente esté en su propia clase (las Zetaproteobacteria ) dentro del filo Proteobacteria. La otra opción es la esencialmente mágica Rhodopseudomonas palustris , que es tanto fototrófica como oxidante de Fe(II). También funciona a un pH casi neutro y es un candidato decente para una forma de vida temprana en los océanos de Archaean. Hay otros que hacen cosas similares, pero R. palustris es mi favorito personal.

Mi química no es tan buena como mi biología, pero si el hierro oxidado se calienta en presencia de monóxido de carbono, se reducirá a hierro metálico. en.wikipedia.org/wiki/Direct_reduced_iron ¿Podemos producir un ciclo ambiental en el que se produzca monóxido de carbono y el óxido de hierro se reduzca a hierro metálico?

La respuesta más simple a esto es que las plantas que realizan la fotosíntesis para generar O2 y Carbohidratos para su propio uso solo generan cantidades suficientes para sus propios procesos metabólicos .

Las plantas usan compuestos de O2 y CHO al igual que los animales, para reacciones exotérmicas que liberan energía que pueden usar. La fotosíntesis es una reacción endotérmica diseñada para usar energía (en el caso de las plantas, la luz solar) para revertir esta reacción porque no hay compuestos de O2 y CHO disponibles para que consuman. En la Tierra, las plantas siguen liberando este O2 extra como gas 'de desecho', porque almacenarlo para uso futuro es corrosivo y no sirve para nada dado que la planta puede producir más de lo que se necesita en un momento dado.

Si la Tierra estuviera más alejada del sol, digamos en el borde de la zona habitable, Y hubiera un sistema de regulación metabólica integrado en las plantas para que cuando tuvieran suficientes compuestos de O2 y CHO pudieran suspender sus procesos fotosintéticos (quizás almacenando pequeños cantidades de O2 para la noche y similares), entonces el gran evento de oxigenación esencialmente no habría ocurrido.

Puede haber algo de O2 suelto en el aire (liberado quizás por una planta moribunda cuando su almacenamiento a corto plazo está expuesto a la atmósfera), pero en general, las plantas solo habrían producido lo que necesitaban.

Esto a su vez, por supuesto, significaría que su planeta solo podría albergar vida vegetal; no animales.

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