Un’origine più antica per la fotosintesi?

Uno studio su un suolo indiano di più di 3 miliardi di anni fa suggerisce che la formazione di ossigeno libero nell’atmosfera possa essere iniziata molto prima di quanto si pensasse


Qualcuno l’ha battezzata “Catastrofe dell’ossigeno”. E non è una definizione iperbolica, perché stiamo parlando di quella che viene considerata la prima grande estinzione di massa che ha conosciuto la vita sulla Terra. Difficilmente si possono sottovalutare i suoi effetti. Ha sconvolto il pianeta a tal punto da modificarne per sempre l’atmosfera, ma è stato proprio in seguito a questo sconvolgimento che ha prosperato la vita sul pianeta, almeno così come la conosciamo oggi.

La definizione più corretta è “Grande Evento Ossidativo” (Great Oxygenation Event, GOE) e si svolse attorno ai 2,4 miliardi di anni fa. Prima del GOE la composizione dell’atmosfera terrestre era molto diversa da quella attuale. Essa era povera di ossigeno e ricca di metano. Le forme di vita che meglio erano riuscite ad adattarsi a questo ambiente erano organismi unicellulari anaerobi, incapaci, cioè, di vivere in presenza di ossigeno. Il progressivo accumulo di ossigeno molecolare libero (O2) nell’atmosfera, avvenuto durante il GOE, ha significato la scomparsa della gran parte di questi organismi, relegando i sopravvissuti agli ambienti rimasti poveri di ossigeno.

Oggi si ritiene che la “Catastrofe dell’ossigeno” sia stata l’esito di un processo molto lento, iniziato quando sulla Terra comparvero organismi unicellulari in grado di compiere la fotosintesi, la reazione biochimica che a partire dall’anidride carbonica e dalla luce solare porta alla sintesi di ossigeno e zuccheri. Questi organismi erano simili agli odierni cianobatteri, microorganismi ancora oggi responsabili di una buona parte dell’ossigeno prodotto sulla Terra.

Per molto tempo l’ossigeno prodotto dai cianobatteri riuscì a essere assorbito dal ferro, soprattutto quello presente negli oceani. L’ossigeno ossidava il ferro, causando la formazione di ossidi che diedero origine a minerali come l’ematite e la magnetite. Questi depositi di minerali sono oggi visibili nei cosiddetti “strati a bande ferrifere” presenti nelle rocce sedimentarie del Precambriano, a testimonianza di quanto avvenuto miliardi di anni fa.

Quando la popolazione di questi cianobatteri primordiali si espanse e la quantità di ossigeno prodotto divenne tale da non potere più essere assorbito, la composizione dell’atmosfera terrestre iniziò a cambiare radicalmente, finendo per diventare sempre più tossica per quegli organismi che non si erano adattati alle mutate condizioni ambientali.  

Che all’origine dell’aumento dell’ossigeno atmosferico ci sia un Grande Evento Ossidativo è un dato attorno a cui c’è consenso. Tuttavia, è ancora aperto il dibattito su come questo processo si sia svolto, su quando sia iniziato esattamente e se siano avvenuti altri eventi principali prima del GOE.

Nuove evidenze arrivano ora da una ricerca pubblicata sulla rivista Geology, che descrive uno studio condotto su un paleosuolo nel distretto di Keonjhar, in India. I paleosuoli sono antichi strati di terreno formati dall’erosione delle rocce superficiali. La loro composizione chimica riflette quelle dell’atmosfera al tempo della loro formazione e la sua analisi permette di ricostruire i processi biogeochimici che ne hanno determinato la formazione. 

Gli autori sono riusciti a datare la formazione di questo paleosuolo indiano a un periodo compreso tra 3,29 e 3,02 miliardi di anni fa. Il calcolo è stato compiuto impiegando il metodo di datazione dell’uranio-piombo, applicato al minerale zircone. L’analisi mineralogica e geochimica induce gli autori a ritenere che il palesuolo di Keonjhar si sia formato durante un periodo di erosione chimica di tipo ossidativo, quando la superficie era esposta all’azione dell’atmosfera. Questo è il più antico esempio documentato di erosione in presenza di ossigeno libero. Altri studi, in precedenza, avevano portato evidenze di un possibile rilascio di ossigeno nell’atmosfera ben 600 milioni di anni prima del GOE, ma questa nuova ricerca sposta indietro lo scenario di altri 60 milioni di anni. 

Secondo gli autori la formazione del paleosuolo deve essere avvenuta a livelli di ossigeno superiori a quelli che potrebbero essere stati causati da fenomeni come la dissociazione, ad opera della luce, del vapore acqueo atmosferico.  La causa andrebbe dunque ricercata in un rilascio di ossigeno nell’atmosfera da parte di microorganismi capaci di compiere la fotosintesi, la cui origine potrebbe, dunque, essere molto più antica di quanto ritenuto finora.

Antonio Scalari


Riferimento:
J. Mukhopadhyay, Q. G. Crowley, S. Ghosh, G. Ghosh, K. Chakrabarti, B. Misra, K. Heron, S. Bose. Oxygenation of the Archean atmosphere: New paleosol constraints from eastern India. Geology, 2014; DOI: 10.1130/G36091.1 

Credit image: NASA Earth Observatory, Wikimedia Commons