Los microorganismos primitivos podrían haber empezado la producción de oxígeno por fotosíntesis 1000 millones de años antes de lo que se creía.
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El oxígeno libre fue fundamental para la aparición y evolución de las formas complejas de vida sobre la Tierra. Los seres pluricelulares complejos lo usan para las respiración aeróbica, que les proporciona mucha energía.
Quizás algo así pudo darse en otros planetas y por eso se buscará la señal del oxígeno en el espectro de las atmósferas de los exoplanetas, pues podría ser indicativo de la presencia de vida.
Los niveles de oxígeno en la atmósfera no siempre han sido los mismos. Se sabe que la concentración de este gas subió fuertemente hace 2400 millones de años. Se cree que fue debido a la proliferación de cianobacterias fotosíntéticas.
Hay dos hipótesis al respecto. Una supone que las cianobacterias aparecerían justo en ese momento y proliferaron rápidamente. Otra sostiene que estas aparecieron mucho antes y su actividad y proliferación también, pero algo impedía que el oxígeno se acumulara en la atmósfera.
Las cianobacterias realizan un tipo de fotosíntesis relativamente sofisticada, el mismo tipo que realizan las plantas de hoy en día. Por eso se ha sugerido que la fotosíntesis podría haber existido mucho antes de una forma más primitiva en microorganismos previos a las cianobacterias. Ello habría proporcionado cierto oxigeno libre que habría acelerado la evolución de la vida sobre la Tierra.
Ahora, un grupo de investigadores del Imperial College London propone, a partir de un estudio genético, que la fotosíntesis surgió al menos 1000 millones de años antes que la proliferación de cianobacterias. Incluso pudiera ser que la fotosíntesis se iniciara hace 4500 millones de años.
«Sabemos que las cianobacterias son muy antiguas, pero no sabemos exactamente cuánto. Si son, por ejemplo, de hace 2,5 Ga entonces las producción de oxígeno fotosintético debió de comenzar hace 3,5 Ga. Esto sugiere que no tuvo que necesitarse mil millones de años tras el inicio de la vida para la aparición de un proceso como la fotosíntesis oxigénica», dice Tanai Cardona.
Si la fotosíntesis oxigénica aconteció antes, significaría que se trataría de un proceso relativamente sencillo de surgir por evolución y, por tanto, la aparición de la vida compleja en otros lugares del Universo sería más probable.
Para los científicos es difícil saber, a partir del registro geológico, cuándo aparecieron los primeros organismos productores de oxígeno. Las rocas más antiguas son muy escasas, difíciles de encontrar y no proporciona pruebas concluyentes al respecto. En su lugar, este grupo de investigadores ha estudiado las proteínas principales que permiten la fotosíntesis oxigénica.
En un primer estadio de la fotosíntesis, la cianobacteria usa la energía de la luz para escindir el agua en protones, electrones y oxígeno con la ayuda de un complejo proteínico denominado fotosistema II (en la ilustración de cabecera).
Este complejo está formado por las proteínas D1 y D2. Originalmente eran la misma proteína, pero, aunque tengan la misma estructura, las secuencias genéticas subyacentes son ahora diferentes. Este significaría que D1 y D2 han estado evolucionado por separado durante mucho tiempo. De hecho, estas proteínas de las cianobacterias sólo comparten el 30% de su secuencia genética con las de las plantas.
Incluso en su forma original D1 y D2 deberían de haber sido capaces de realizar la fotosíntesis oxigénica, así que saber cuándo fueron iguales podría ayudar a saber cuándo surgió por primera vez la fotosíntesis.
En ese momento las secuencias genéticas debían ser 100% iguales y, al cabo de todo este tiempo y a un determinado ritmo de evolución (y por tanto de cambio en esas secuencias), sólo quedaría ese 30%.
Este grupo de investigadores ha usando un método estadístico para llegar a la conclusión de que D1 y D2 evolucionaron extremadamente despacio, incluso más despacio que las proteínas más antiguas conocidas en Biología y que ya estarían en las formas de vida más primitivas.
A partir de este ritmo de cambio pudieron diseñar una especie de reloj molecular que les permitió calcular que estas dos proteínas debían de tener la misma secuencia genética más de 1000 millones de antes de lo que se creía hasta ahora como origen de la fotosíntesis oxigénica.
Según este resultado, el oxígeno debería de haberse producido por fotosíntesis mucho antes y previamente a que aparecieran las cianobacterias. Esto sería compatible con los últimos estudios geológicos que encuentran acumulación de oxígeno hace ya 3000 millones de años. El origen de la fotosíntesis y el de los antepasados de las cianobacterias no sería la misma cosa y debe de haber una gran lapso de tiempo entre esos dos eventos.
Ahora el mismo, este equipo de investigadores está tratando de recrear cómo eran D1 y D2 cuando eran iguales y aparecieron por primera vez, resucitando con ello esa primera fotosíntesis oxigénica tras todos estos miles de millones de años.
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Fuentes y referencias:
Artículo original. [2]
Ilustración: Wikipedia.