Producción temprana de oxígeno
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.
Ilustración: Wikipedia.
6 Comentarios
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sábado 1 diciembre, 2018 @ 10:07 pm
La segunda teoría a la luz de lo que sabemos (que puede cambiar drásticamente en cualquier momento) parece la que mejor encaja (que se producía oxígeno pero no se acumulaba atmosféricamente), como mecanismos para que esto suceda se pueden argumentar durante un verano entero (y encima ni tienen por qué ser excluyentes), sin más indicios resulta difícil meterle mano. Por ahora.
Pero parece claro que nuestros modelos eran digamos bastante ingenuos en su excesiva sencillez. La evolución biológica entra en escena con sistemas prácticamente tan complejos como los actuales (otro asunto es si existen infinidad de rutas metabólicas para procesar algo, o son limitadas en función de las reglas de juego que se establecen por las razones que fuesen o lotería pura, para el caso da igual), la complejidad si queremos llamarla así se expande en otras capas (celulares, de especie, de ecosistema). Sí hay un cierto pulido, pero es como una oscilación del sistema en torno a un atractor de equilibrio.
Lo único que vamos teniendo claro es que la bonita historia del in crescendo, con nosotros al final de la sinfonía, a remedo de la creatividad y aprendizaje humanos, es eso, una bonita historia. Tenemos momentos de enormes posibilidades con bifurcaciones a punta pala disponibles, pero una vez que las cosas se asientan de alguna manera y el dado marca rumbo, es más un suave cuesta abajo (es decir, a favor de) que otra cosa. Ah, sí, por supuesto puede haber, y hay, topetazos. Incluso estampamientos contra muros. Ya decimos que la naturaleza es ciega.
Lo de ver vida en otros planetas… Supongamos mundos estilo Europa, Encélado… No hay mucho que ver, sin perforar. Y detectar mundos como la Tierra es difícil. Pero si además es posible tener fotosíntesis sin que se acumule oxígeno atmosférico entonces se pone interesante de verdad el problema.
domingo 2 diciembre, 2018 @ 12:38 am
Si la fotosíntesis comenzó hace 4.500 millones de años, ya no deberíamos hablar de cierto aroma a un origen halófilo de la vida, sino de auténtico pestazo.
Otra opción es que comenzase en el disco de acrección, pero se me antoja menos viable que se puedan dar los pasos iniciales y todos los intermedios hasta la bacteria en medio del espacio.
De todos modos, hasta hace poco tampoco nos parecía viable que la vida pudiera surgir -o simplemente sobrevivir- durante el periodo Hádico y en los últimos años hemos ido acumulando pruebas en dirección contraria.
domingo 2 diciembre, 2018 @ 10:14 am
Entonces, querido Miguel, ¿te refieres al surgir de la vida en las fuentes hidrotermales submarinas? Pero allí no hay luz, ni fotosíntesis, ni oxígeno. Que podría ser, pero te expresas en sentido contrario al artículo; me parece.
Un abrazo.
lunes 3 diciembre, 2018 @ 7:50 pm
A raíz del comentario de Miguel Ángel: «Si la fotosíntesis comenzó hace 4.500 millones de años, ya no deberíamos hablar de cierto aroma’ Se me ocurre algo. Hace unos 5 años, el observatorio ALMA, mostró unas increíblemente nítidas imágenes del disco protoplanetario de una estrella muy joven, un millón de años. En sa imagen sorprendió mucho la clara presencia de huecos y anillos concéntricos, que según se dijo, se formaron con toda probabilidad para la creación de nuevos planetas. Con solo 1 millón de años nadie hubiera imaginado, al menos con lo que se sabe sobre la formación de planetas, que HL Tauri, pudiera tener planétésimales en un estado tan avanzado de formación. Por tant es posible pensar que los planetas surjan bastante antes en los discos protoplanétaires de lo que se había venido pensando hasta ahora.
Quizá, pienso, en esos discos, se den ya condiciones para que aparezca la vida, que posteriormente podría estabilizarse, en un planeta recién formado.
lunes 3 diciembre, 2018 @ 10:29 pm
He metido la pata al decir «halófilo», querido Tomás: no quería referirme a ambientes de alta salinidad, sino a dos posibles orígenes de la vida en la Tierra:
– Que haya venido de otro astro.
– Que los primeros pasos comenzasen en el disco de acreción, o sea, en la mezcla de partículas de polvo cósmico y agua que más tarde se aglutinaron para formar nuestro planeta. En esta opción tenemos algunos hándicaps, como el frío y la radiación del espacio o la ausencia de presión.
Lógicamente, sigue quedando una tercera posibilidad que es la que apuntas, querido Lluís: que comenzase en muy tempranamente, pero ya en el protoplaneta. En este caso, tendría que haber evolucionado muy rápido si los comparamos con la velocidad de la evolución a partir de la bacteria, aparte de resistir el bombardeo de meteoritos (los grandes generan mucho calor), el Sol débil y ausencia de campo magnético.
Abrazos.
martes 4 diciembre, 2018 @ 8:52 am
No tiene importancia, querido Miguel. Solo, pienso, has querido poner «alien» y te ha salido «halo». Pues hala, todos nos equivocamos y no pasa na de na.
En cuanto a los discos de acreción, me parece muy arriesgado sospechar que en ellos haya podido iniciarse la vida. Es demasiado pronto y, creo, que las condiciones, demasiado duras.
Fuerte abrazo.DUG