Los investigadores han identificado cómo niveles traza de níquel y urea obstaculizaron la acumulación de oxígeno en la atmósfera de la Tierra durante más de mil millones de años. Sus experimentos muestran que estos compuestos limitaron el crecimiento de cianobacterias hasta que las condiciones cambiaron, desencadenando el Gran Evento de Oxidación hace alrededor de 2.1 a 2.4 mil millones de años. Los hallazgos ofrecen perspectivas sobre la química temprana de la Tierra y posibles biosignaturas en otros planetas.
El Gran Evento de Oxidación (GOE), que ocurrió hace aproximadamente 2.1 a 2.4 mil millones de años, transformó la atmósfera de la Tierra al permitir la acumulación de oxígeno y apoyar la vida compleja. Sin embargo, la fotosíntesis oxigénica por cianobacterias había evolucionado cientos de millones de años antes, pero los niveles de oxígeno atmosférico permanecieron bajos durante un período prolongado. Los científicos han estado desconcertados por este retraso durante mucho tiempo, explorando factores como las emisiones volcánicas y los sumideros químicos, pero ninguno explicó completamente el fenómeno.
Un equipo liderado por el Dr. Dilan M. Ratnayake del Instituto de Materiales Planetarios de la Universidad de Okayama, Japón —ahora en el Departamento de Geología de la Universidad de Peradeniya, Sri Lanka— investigó el rol de los compuestos traza níquel y urea en el crecimiento de cianobacterias. Los colaboradores incluyeron a los profesores Ryoji Tanaka y Eizo Nakamura. Su estudio, publicado en Communications Earth & Environment en 2025, recreó las condiciones de la Tierra Arcaica de 4 a 2.5 mil millones de años atrás mediante experimentos de laboratorio.
En el primer experimento, mezclas de amonio, cianuro y compuestos de hierro fueron expuestas a luz UV-C, simulando la radiación previa a la capa de ozono, para probar la formación natural de urea. El segundo involucró el cultivo de cianobacterias (Synechococcus sp. PCC 7002) bajo ciclos de luz variables con diferentes concentraciones de níquel y urea, midiendo el crecimiento mediante densidad óptica y niveles de clorofila-a.
Los resultados indicaron que altos niveles de níquel y urea en el Arcaico temprano restringieron las floraciones de cianobacterias, impidiendo la liberación sostenida de oxígeno. Como explicó el Dr. Ratnayake, "El níquel tiene una relación compleja pero fascinante con la urea en cuanto a su formación así como su consumo biológico, mientras que la disponibilidad de estos a concentraciones más bajas puede llevar a la proliferación de cianobacterias." La disminución del níquel y la estabilización de la urea permitieron que las cianobacterias prosperaran, impulsando la acumulación de oxígeno y el GOE.
El Dr. Ratnayake señaló implicaciones más amplias: "Generar oxígeno sería un desafío masivo si alguna vez colonizamos otro planeta. Por lo tanto, buscamos entender cómo un microbio diminuto, las cianobacterias, fue capaz de alterar las condiciones de la Tierra para hacerlas adecuadas para la evolución de la vida compleja, incluida la nuestra." Agregó, "Si podemos entender claramente los mecanismos para aumentar el contenido de oxígeno atmosférico, iluminará la detección de biosignaturas en otros planetas. Los hallazgos demuestran que la interacción entre compuestos inorgánicos y orgánicos jugó roles cruciales en los cambios ambientales de la Tierra, profundizando nuestra comprensión de la evolución del oxígeno en la Tierra y, por ende, de la vida en ella."
Estas perspectivas podrían informar misiones de retorno de muestras de Marte y la búsqueda de vida en exoplanetas al resaltar cómo los equilibrios químicos influyen en la oxigenación.