L’alba della fotosintesi

Due miliardi e mezzo di anni fa l’atmosfera della Terra cominciò ad arricchirsi di ossigeno, sterminando buona parte degli organismi anaerobi e creando le condizioni per la sopravvivenza degli organismi aerobi. I responsabili di questo cambiamento epocale erano i procarioti fotosintetici, che dovevano necessariamente essere apparsi nelle acque degli oceani in un periodo antecedente. In base ad alcuni fossili possiamo ipotizzare che la fotosintesi ossigenica sia apparsa tra i 3.5 e i 2.8 miliardi di anni fa, ma non è possibile essere più precisi perché i fossili non possono darci molte indicazioni sul metabolismo. Ora una nuova ricerca finanziata dalla NASA è invece riuscita a identificare nelle rocce la “firma” lasciata dall’ossigeno e, quindi, dalla fotosintesi. rock_sample1

Un campione della roccia analizzata dai geologi. (Immagine: David Tenenbaum, University of Wisconsin-Madison)

Dalla chimica delle rocce al metabolismo

Gli studiosi, guidati dal geologo Clark Johnson della University of Wisconsin-Madison, si sono concentrati su una formazione antichissima proveniente dal Sud Africa: le rocce che la costituiscono contengono infatti alte percentuali di ferro, un elemento che reagisce con l’ossigeno in modo caratteristico. Gli scienziati hanno usato uno spettrometro di massa per quantificare la presenza di ossidi di ferro e da essi stabilire quanto ossigeno libero dovesse trovarsi in quelle acque primordiali. Le rocce che corrispondevano a sedimenti di mare profondo indicavano che era presente pochissimo ossigeno, ma quelle che si trovavano in acque basse avevano una quantità di ossidi di ferro che poteva essere spiegata solo dalla fotosintesi.

 

I cianobatteri hanno (almeno) 3.2 miliardi di anni

Per datare con precisione il campione, gli studiosi hanno esaminato il contenuto di uranio e degli elementi in cui esso decade, come il piombo, concludendo che la roccia ha 3.2 miliardi di anni, e costituisce quindi la più antica testimonianza di fotosintesi ossigenica mai ritrovata. La presenza di piombo, inoltre, costituisce una conferma dei dati ottenuti con gli ossidi di ferro: l’uranio, da cui il piombo deriva, si solubilizza (e quindi può sedimentarsi) solamente in forma ossidata. Questi risultati sono stati pubblicati sulla rivista Earth and Planetary Science Letters e ci permettono di comprendere meglio l’avanzata della fotosintesi sul pianeta.

Ora sappiamo che i primi procarioti fotosintetici, probabilmente cianobatteri, erano già presenti 3.2 miliardi di anni fa negli ambienti di acque basse. La mancanza di ossidi nelle rocce di mare profondo ci dicono però che l’ossigeno prodotto non era molto e che gli oceani erano ancora un ambiente sostanzialmente anossico. Ma, come sappiamo, bastarono qualche centinaio di milione di anni perché l’ossigeno nelle diventasse talmente abbondante da cominciare a diffondersi nell’atmosfera. Nelle parole di Clark Johnson: «Una volta che la vita raggiunge la fotosintesi ossigenica, il cielo è il limite. Non motivo per pensare che non si propaghi ovunque».

Immagine in apertura: Stromatoliti, Shark Bay (Australia), di By Paul Harrison [GFDL or CC-BY-SA-3.0], via Wikimedia Commons

Immagine box: David Tenenbaum, University of Wisconsin-Madison

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