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Nov 15, 2023

Antigua fuente de oxígeno para la vida descubierta escondida en lo profundo de la corteza terrestre

Por la Universidad de Newcastle 8 de agosto de 2022 Los investigadores han descubierto una fuente de

Por Universidad de Newcastle 8 de agosto de 2022

Los investigadores han descubierto una fuente de oxígeno que puede haber influido en la evolución de la vida antes del advenimiento de la fotosíntesis.

Scientists at Newcastle University have discovered a source of oxygen deep in the Earth's crust that may have influenced the evolution of life before the advent of photosynthesisPhotosynthesis is how plants and some microorganisms use sunlight to synthesize carbohydrates from carbon dioxide and water." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">fotosíntesis.

The pioneering research project uncovered a mechanism that can generate hydrogen peroxide from rocks during the movement of geological faults. The study was led by Newcastle University's School of Natural and Environmental Sciences and published today (August 8) in the journal Nature Communications<em>Nature Communications</em> is a peer-reviewed, open-access, multidisciplinary, scientific journal published by Nature Portfolio. It covers the natural sciences, including physics, biology, chemistry, medicine, and earth sciences. It began publishing in 2010 and has editorial offices in London, Berlin, New York City, and Shanghai. " data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Comunicaciones de la naturaleza.

Si bien el peróxido de hidrógeno en altas concentraciones puede ser dañino para la vida, también puede proporcionar una fuente útil de oxígeno para los microbios. Esta fuente adicional de oxígeno puede haber influido en la evolución temprana, y posiblemente incluso en el origen, de la vida en ambientes cálidos en la Tierra primitiva antes de la evolución de la fotosíntesis.

Los investigadores pudieron simular algunas de las condiciones clave de la fracturación de rocas del subsuelo utilizando viales en el laboratorio. Las rocas representativas de la corteza oceánica y continental se trituraron bajo nitrógeno, se agregaron a agua libre de oxígeno y luego se calentaron. Crédito: Jon Telling / Jordan Stone / Universidad de Newcastle

En regiones tectónicamente activas, el movimiento de la corteza terrestre no solo genera terremotos sino que también acribilla el subsuelo con grietas y fracturas. Estos están revestidos con superficies rocosas altamente reactivas que contienen muchas imperfecciones o defectos. Luego, el agua puede filtrarse y reaccionar con estos defectos en la roca recién fracturada.

El estudiante de maestría Jordan Stone simuló estas condiciones en el laboratorio triturando granito, basalto y peridotita, tipos de rocas que habrían estado presentes en la corteza terrestre primitiva. Luego se agregaron al agua a temperaturas variables en condiciones libres de oxígeno bien controladas.

La investigación investiga una fuente de oxígeno reactivo asociada con fallas geológicas; una fuente potencial de oxígeno antes de que las cianobacterias oxigenen la atmósfera terrestre. Este oxígeno reactivo puede haber tenido un papel en la evolución de la vida de un mundo libre de oxígeno a uno oxigenado y contribuyó a la química prebiótica en las fracturas del subsuelo antes del origen de la vida. Crédito: Jon Telling / Jordan Stone / Universidad de Newcastle

Los experimentos revelaron que cantidades sustanciales de peróxido de hidrógeno, y como resultado, potencialmente oxígeno, solo se generaban a temperaturas cercanas al punto de ebullición del agua. Es importante destacar que la temperatura de formación del peróxido de hidrógeno se superpone a los rangos de crecimiento de algunos de los microbios más amantes del calor en la Tierra llamados hipertermófilos, incluidos los antiguos microbios evolutivos que usan oxígeno cerca de la raíz del Árbol Universal de la Vida.

El autor principal, Jordan Stone, quien realizó esta investigación como parte de su Maestría en Investigación en Geociencia Ambiental, dijo: "Si bien investigaciones anteriores han sugerido que se pueden formar pequeñas cantidades de peróxido de hidrógeno y otros oxidantes al estresar o triturar rocas en ausencia de oxígeno, este es el primer estudio que muestra la importancia vital de las altas temperaturas para maximizar la generación de peróxido de hidrógeno".

El autor principal, Jordan Stone, quien realizó esta investigación como parte de su Maestría en Geociencia Ambiental en la Universidad de Newcastle, Reino Unido, establece uno de los experimentos. Crédito: Jon Telling / Jordan Stone / Universidad de Newcastle

El investigador principal, el Dr. Jon Telling, profesor principal, agregó: "Esta investigación muestra que los defectos en la roca triturada y los minerales pueden comportarse de manera muy diferente a cómo se esperaría que reaccionaran superficies minerales más 'perfectas'. Todas estas reacciones mecanoquímicas necesitan generar peróxido de hidrógeno. , y por lo tanto el oxígeno, es agua, rocas trituradas y altas temperaturas, que estaban presentes en la Tierra primitiva antes de la evolución de la fotosíntesis y que podrían haber influido en la química y la microbiología en regiones cálidas y sísmicamente activas donde la vida pudo haber evolucionado por primera vez. "

Referencia: "Producción de oxidantes impulsada por la tectónica en la biosfera caliente" por Jordan Stone, John O. Edgar, Jamie A. Gould y Jon Telling, 8 de agosto de 2022, Nature Communications.DOI: 10.1038/s41467-022-32129-y

El trabajo fue apoyado a través de subvenciones del Consejo de Investigación Ambiental Natural (NERC) y la Agencia Espacial del Reino Unido. Un importante nuevo proyecto de seguimiento dirigido por el Dr. Jon Telling, financiado por NERC, está en marcha para determinar la importancia de este mecanismo para sustentar la vida en el subsuelo de la Tierra.