Hace unos 2.300 millones de años, el oxígeno comenzó a acumularse en la atmósfera y finalmente alcanzó los niveles vitales que respiramos hoy. Una nueva hipótesis propuesta por científicos del MIT sugiere un mecanismo de cómo podría haber sucedido esto. En la imagen se muestran ejemplos de organismos paleoproterozoicos. Crédito: Noticias del MIT
Microbios y minerales pueden haber desencadenado la oxigenación de la Tierra
Los científicos proponen un nuevo mecanismo por el cual el oxígeno puede haberse acumulado primero en la atmósfera.
Durante los primeros 2 mil millones de años de la historia de la Tierra, prácticamente no había oxígeno en el aire. Si bien algunos microbios realizaban la fotosíntesis al final de este período, el oxígeno aún no se había acumulado a niveles que afectarían la biosfera global.
Pero hace unos 2300 millones de años, este equilibrio estable de bajo nivel de oxígeno cambió y el oxígeno comenzó a acumularse en la atmósfera, alcanzando finalmente los niveles vitales que respiramos hoy. Esta infusión rápida se conoce como el Gran Evento de Oxigenación o GOE. Lo que desencadenó el evento y sacó al planeta de su bajo nivel de oxígeno es uno de los grandes misterios de la ciencia.
Una nueva hipótesis, propuesta por[{» attribute=»»>MIT scientists, suggests that oxygen finally started accumulating in the atmosphere thanks to interactions between certain marine microbes and minerals in ocean sediments. These interactions helped prevent oxygen from being consumed, setting off a self-amplifying process where more and more oxygen was made available to accumulate in the atmosphere.
The scientists have laid out their hypothesis using mathematical and evolutionary analyses, showing that there were indeed microbes that existed before the GOE and evolved the ability to interact with sediment in the way that the researchers have proposed.
Their study, appearing today in Nature Communications, is the first to connect the co-evolution of microbes and minerals to Earth’s oxygenation.
“Probably the most important biogeochemical change in the history of the planet was oxygenation of the atmosphere,” says study author Daniel Rothman, professor of geophysics in MIT’s Department of Earth, Atmospheric, and Planetary Sciences (EAPS). “We show how the interactions of microbes, minerals, and the geochemical environment acted in concert to increase oxygen in the atmosphere.”
The study’s co-authors include lead author Haitao Shang, a former MIT graduate student, and Gregory Fournier, associate professor of geobiology in EAPS.
A step up
Today’s oxygen levels in the atmosphere are a stable balance between processes that produce oxygen and those that consume it. Prior to the GOE, the atmosphere maintained a different kind of equilibrium, with producers and consumers of oxygen in balance, but in a way that didn’t leave much extra oxygen for the atmosphere.
What could have pushed the planet out of one stable, oxygen-deficient state to another stable, oxygen-rich state?
“If you look at Earth’s history, it appears there were two jumps, where you went from a steady state of low oxygen to a steady state of much higher oxygen, once in the Paleoproterozoic, once in the Neoproterozoic,” Fournier notes. “These jumps couldn’t have been because of a gradual increase in excess oxygen. There had to have been some feedback loop that caused this step-change in stability.”
He and his colleagues wondered whether such a positive feedback loop could have come from a process in the ocean that made some organic carbon unavailable to its consumers. Organic carbon is mainly consumed through oxidation, usually accompanied by the consumption of oxygen — a process by which microbes in the ocean use oxygen to break down organic matter, such as detritus that has settled in sediment. The team wondered: Could there have been some process by which the presence of oxygen stimulated its further accumulation?
Shang and Rothman worked out a mathematical model that made the following prediction: If microbes possessed the ability to only partially oxidize organic matter, the partially-oxidized matter, or “POOM,” would effectively become “sticky,” and chemically bind to minerals in sediment in a way that would protect the material from further oxidation. The oxygen that would otherwise have been consumed to fully degrade the material would instead be free to build up in the atmosphere. This process, they found, could serve as a positive feedback, providing a natural pump to push the atmosphere into a new, high-oxygen equilibrium.
“That led us to ask, is there a microbial metabolism out there that produced POOM?” Fourier says.
In the genes
To answer this, the team searched through the scientific literature and identified a group of microbes that partially oxidizes organic matter in the deep ocean today. These microbes belong to the bacterial group SAR202, and their partial oxidation is carried out through an enzyme, Baeyer-Villiger monooxygenase, or BVMO.
The team carried out a phylogenetic analysis to see how far back the microbe, and the gene for the enzyme, could be traced. They found that the bacteria did indeed have ancestors dating back before the GOE, and that the gene for the enzyme could be traced across various microbial species, as far back as pre-GOE times.
What’s more, they found that the gene’s diversification, or the number of species that acquired the gene, increased significantly during times when the atmosphere experienced spikes in oxygenation, including once during the GOE’s Paleoproterozoic, and again in the Neoproterozoic.
“We found some temporal correlations between diversification of POOM-producing genes, and the oxygen levels in the atmosphere,” Shang says. “That supports our overall theory.”
To confirm this hypothesis will require far more follow-up, from experiments in the lab to surveys in the field, and everything in between. With their new study, the team has introduced a new suspect in the age-old case of what oxygenated Earth’s atmosphere.
“Proposing a novel method, and showing evidence for its plausibility, is the first but important step,” Fournier says. “We’ve identified this as a theory worthy of study.”
Reference: “Oxidative metabolisms catalyzed Earth’s oxygenation” by Haitao Shang, Daniel H. Rothman and Gregory P. Fournier, 14 March 2022, Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-022-28996-0
This work was supported in part by the mTerra Catalyst Fund and the National Science Foundation.
La NASA ha lanzado dos nuevas películas que muestran observaciones cambiantes de dos fuentes bien conocidas en el cielo: Casiopea A y la Nebulosa del Cangrejo. Los dos protagonistas son los restos de estrellas masivas que se convirtieron en supernovas en nuestra galaxia. Los vídeos a intervalos condensan 20 años de datos del telescopio de rayos X Chandra en sólo 20 segundos espectaculares.
La explosión que creó la Nebulosa del Cangrejo apareció en nuestro cielo hace casi 1.000 años, en 1054. Fue reportada por astrónomos chinos y muchos otros en todo el mundo (la falta de menciones en Europa podría tener que ver con la Iglesia Católica). La supernova dejó un púlsar y Chandra pudo rastrear los cambios muy energéticos alrededor de este objeto extremo entre 2000 y 2022.
Esto ya es extraordinario, y se realizarán aún más observaciones, ya que el chorro visible en las observaciones de 2022 será rastreado nuevamente a finales de este año.
El púlsar en el centro de la Nebulosa del Cangrejo visto a lo largo del tiempo.
Crédito de la imagen: NASA/CXC/SAO; Procesamiento de imágenes: NASA/CXC/SAO/J. Schmidt, J. Major, A. Jubett, K. Arcand
Cassiopeia A es un remanente de supernova mucho más joven. Era visible desde la Tierra hace 340 años y Chandra también lo ha estado observando desde 2000. Las observaciones anteriores que mostraban sus cambios se centraban en el período de 2000 a 2013, pero en el nuevo lapso de tiempo esto se ha extendido hasta 2018. Las ondas de choque son visibles en observaciones, donde las partículas se aceleran y emiten rayos X.
Casiopea A tiene una estrella de neutrones en su corazón, descubierta por Chandra poco después del lanzamiento del telescopio en 1999. Las observaciones fueron esenciales para ayudarnos a comprender mejor cómo las estrellas se convierten en supernovas y cómo se forman estrellas de neutrones y púlsares regulares durante este proceso.
Crédito de la imagen: NASA/CXC/SAO; Óptica: NASA/STScI; Procesamiento de imágenes: NASA/CXC/SAO/J. Mayor, A. Jubett, K. Arcan
Las imágenes de Cassiopeia A fueron reprocesadas recientemente con una nueva técnica que llevó la aguda visión de Chandra al límite. Las dos nuevas películas muestran la capacidad de Chandra para demostrar observaciones y datos capturados durante un período humano.
Corea del Sur envía su primer satélite espía a órbita el 2 de diciembre desde la Estación Espacial Vandenberg de California. (Espacio X)
Corea del Sur se está preparando para establecer un centro de seguridad espacial bajo el Servicio de Inteligencia Nacional.
Como parte de las revisiones del decreto presidencial que entró en vigor el martes, el NIS gestionará el Centro Nacional de Seguridad Espacial, dedicado a actividades de inteligencia relacionadas con el sector espacial.
Con el lanzamiento del centro, la agencia de espionaje del país tendrá la autoridad para responder a las amenazas a los activos y sistemas espaciales del país y otras amenazas enemigas en el dominio espacial, además de recopilar y analizar inteligencia espacial.
El NIS desarrollará y difundirá tecnologías para mejorar la seguridad espacial, y su director asumirá funciones relacionadas con el Centro de Operaciones de Satélites de Corea junto con el ministro de Ciencia, según el decreto revisado.
El decreto revisado también otorga a la agencia de espionaje la autoridad para participar en las operaciones de los dos satélites de reconocimiento militar de Corea del Sur y otros activos espaciales.
Las últimas revisiones de la orden ejecutiva presidencial sobre seguridad espacial se realizaron para aclarar el alcance de los programas de la agencia de espionaje ampliados mediante una enmienda a la Ley del Servicio Nacional de Inteligencia en diciembre de 2020. La enmienda añadió espacio de seguridad al papel y las responsabilidades de la agencia.
Oficiales militares de Corea del Sur dicen que Corea del Norte podría enviar nuevos satélites espías al espacio después de que el primero fuera puesto en órbita con éxito en noviembre pasado.
Aunque Shin Won-sik, jefe de defensa de Seúl, no cree que el único satélite de reconocimiento militar de Corea del Norte sea capaz de llevar a cabo «actividades de espionaje significativas», los futuros satélites podrían equiparse con capacidades mejoradas con la ayuda de Rusia.
En una cumbre celebrada en septiembre del año pasado, Rusia dijo que proporcionaría a Corea del Norte tecnologías espaciales como parte de la ampliación de la cooperación militar entre los dos países.
Resumen: El sesgo de actualidad en la memoria de trabajo está intrínsecamente vinculado al sesgo de tendencia central, lo que proporciona una explicación unificada para estos fenómenos cognitivos generalizados. El estudio utilizó un nuevo modelo de red para simular cómo estos sesgos podrían surgir de los mismos mecanismos neuronales.
Este modelo, que refleja los comportamientos de la memoria humana y animal, indica que los errores de memoria debidos a entradas recientes pueden conducir naturalmente a un promedio de experiencias pasadas. Esta investigación, que combina modelos teóricos y datos experimentales, no sólo aclara la relación entre estos sesgos, sino que también ofrece nuevos conocimientos sobre cómo nuestro cerebro procesa y recuerda la información sensorial.
Reflejos:
Modelo unificado: El estudio introdujo un modelo de red neuronal que explica tanto los sesgos de actualidad como los de tendencia central a través de un único mecanismo, desafiando la noción previamente aceptada de que eran fenómenos distintos.
Base neuronal: El modelo se basa en la dinámica de la corteza parietal posterior, que influye en la recuperación de la memoria y el procesamiento sensorial, lo que ilustra cómo los recuerdos recientes pueden distorsionar la percepción hacia un promedio.
Impacto práctico: Los hallazgos tienen implicaciones prácticas para comprender los procesos cognitivos y podrían conducir a mejores estrategias para combatir los sesgos relacionados con la memoria en entornos clínicos y cotidianos.
Fuente: Centro de visitantes de Sainsbury
Los neurocientíficos han revelado que el sesgo de actualidad en la memoria de trabajo conduce naturalmente a un sesgo de tendencia central, un fenómeno en el que los juicios de las personas (y de los animales) están sesgados hacia el promedio de observaciones anteriores. Sus hallazgos podrían proporcionar una idea de por qué el fenómeno es tan omnipresente.
Investigadores del laboratorio Akrami del Sainsbury Wellcome Centre de la UCL y del laboratorio Clopath del Imperial College de Londres han desarrollado un modelo de red con un módulo de memoria de trabajo y otro que tiene en cuenta historias sensoriales.
Se cree que este sesgo es una estrategia cerebral destinada a procesar patrones estadísticos de información sensorial, formulada mediante computación bayesiana. Crédito: Noticias de neurociencia
El estudio, publicado en eVidadescribe cómo el modelo muestra que los circuitos neuronales pueden dar lugar a sesgos de actualidad y tendencia central simultáneamente a través de un mecanismo único.
“Los psicólogos observaron por primera vez el sesgo de tendencia central hace más de un siglo, pero asumieron que era un fenómeno separado del reciente. Nuestros resultados implican que estos dos sesgos están más vinculados de lo que se pensaba anteriormente”, dijo Vezha Boboeva, investigadora principal del Sainsbury Wellcome Center y primera autora del artículo.
El sesgo de tendencia central, también llamado sesgo de contracción, es un fenómeno generalizado. Imagine que se le muestra una barra de una longitud determinada y se le pide que reproduzca esa misma barra, recuperada de su memoria.
Lo que solemos hacer es memorizar la longitud, en función del tamaño de la barra, recordando las barras más largas como más cortas y las más cortas como más largas. Por lo tanto, consideramos que la longitud de la barra está más cerca del promedio del rango de lo que realmente está.
El fenómeno también ocurre en otros animales, incluidos primates no humanos y roedores, y también ocurre con otras modalidades, como amplitudes y frecuencias de sonido.
Se cree que este sesgo es una estrategia cerebral destinada a procesar patrones estadísticos de información sensorial, formulada mediante computación bayesiana.
El sesgo de actualidad, también conocido como sesgo de historia a corto plazo, ocurre cuando no recuerdas un estímulo determinado porque el recuerdo del estímulo anterior permanece en tu mente.
Para comprender los procesos neuronales subyacentes tanto a los sesgos de tendencia central como de recencia, neurocientíficos de SWC y el Imperial College de Londres estudiaron los fenómenos en un modelo de red neuronal, fuertemente inspirado en resultados anteriores de roedores y experimentos con la memoria de trabajo humana.
“Mi investigación postdoctoral anterior demostró que la desactivación de la corteza parietal posterior (PPC) atenuaba el sesgo de contracción en ratas que realizaban una tarea de memoria de trabajo.
«También descubrimos que los sesgos debidos a recuerdos persistentes de ensayos anteriores se redujeron cuando se apagó el PPC, lo que sugiere que estos dos mecanismos podrían estar relacionados entre sí», explicó la líder del grupo Athena Akrami en SWC y autora correspondiente del artículo.
A partir de esta investigación, Boboeva y su equipo desarrollaron un modelo de red que replica resultados experimentales anteriores. En el modelo, los efectos históricos a corto plazo ocurren debido a que las entradas de PPC tienen una escala de tiempo de integración más lenta, así como a la adaptación de la tasa de despido.
«El modelo muestra que una vez que se cometen errores en la memoria de trabajo debido a estos recuerdos persistentes, surge naturalmente un sesgo de contracción, sin necesidad de hacer más suposiciones sobre el promedio sensorial histórico», explicó Boboeva.
Es importante destacar que este nuevo modelo unificador hizo predicciones específicas sobre cómo las estadísticas sensoriales afectan el rendimiento. Los investigadores utilizaron herramientas en línea para probar y verificar estas predicciones mediante la realización de experimentos psicofísicos con participantes humanos.
Los próximos pasos son probar las predicciones del modelo sobre la dinámica neuronal volviendo a analizar los conjuntos de datos existentes y recopilando nuevos datos neuronales.
Fondos: Esta investigación fue financiada por BBSRC BB/N013956/1, BB/N019008/1, Wellcome Trust 200790/Z/16/Z, Simons Foundation 564408, EPSRC EP/R035806/1, Gatsby Charitable Foundation GAT3755 y Wellcome Trust 219627/Z / . 19/Z.
Sobre esta noticia de la investigación sobre memoria y neurociencia
Autor: Abril Cashin-Garbutt Fuente: Centro de visitantes de Sainsbury Contactar: April Cashin-Garbutt – Centro de bienvenida de Sainsbury's Imagen: La imagen está acreditada a Neuroscience News.
El sesgo de tendencia central, o sesgo de contracción, es un fenómeno en el que el juicio sobre la magnitud de los elementos almacenados en la memoria de trabajo parece estar sesgado hacia el promedio de observaciones pasadas.
El cerebro la considera una estrategia óptima y generalmente se considera una expresión de la capacidad del cerebro para aprender la estructura estadística de la información sensorial. Por otro lado, los sesgos de actualidad, como la dependencia serial, también se observan comúnmente y se cree que reflejan el contenido de la memoria de trabajo.
Los resultados recientes de una tarea de comparación auditiva retrasada en ratas sugieren que los dos sesgos pueden estar más relacionados de lo que se pensaba anteriormente: cuando se inhibió la corteza parietal posterior (PPC), se redujeron los sesgos a corto plazo y de contracción.
Al proponer un modelo de los circuitos que pueden estar implicados en la generación de la conducta, mostramos que el contenido volátil de la memoria de trabajo que probablemente se desplace hacia experiencias sensoriales pasadas (produciendo sesgos de la historia sensorial a corto plazo) conduce naturalmente a un sesgo de contracción.
Los errores, que ocurren a nivel de pruebas individuales, se toman de toda la distribución de estímulos y no se deben a un cambio gradual de la memoria hacia la media de la distribución sensorial.
Nuestros resultados son consistentes con un amplio conjunto de hallazgos conductuales y proporcionan predicciones del desempeño en diferentes distribuciones y tiempos de estímulos, intervalos de retraso, así como dinámicas neuronales en áreas supuestas de la memoria de trabajo.
Finalmente, validamos nuestro modelo realizando una serie de experimentos psicofísicos en humanos en una tarea de memoria de trabajo paramétrica auditiva.
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