El Oxígeno constituye el 21% de la atmósfera de la Tierra y nos es imprescindible para poder respirar, pero para los primeros organismos pudo ser tóxico. Las primeras bacterias debieron desarrollar enzimas protectores para evitar que el oxígeno pudiera dañar su ADN, pero, ¿que proceso evolutivo les llevó a esto?
Los investigadores han descubierto que la luz ultravioleta que alcanza el hielo polar, podría haber liberado oxígeno molecular, y en consecuencia, las colonias de bacterias que habitan en estos hielos, desarrollaron algún tipo de defensa que les protegiese, puesto que han evolucionado en el seno del oxígeno.
Hace dos mil millones y medio de años, cuando nuestros antepasados evolutivos eran poco más que un destello en el interior de una bacteria, el proceso conocido como fotosíntesis, permitió súbitamente la capacidad de expulsar el oxígeno molecular a la atmósfera, dando lugar a uno de los cambios medioambientales mas importantes en la historia de nuestro planeta. Los organismos que desarrollaron esta capacidad fueron las cianobacterias, que son capaces de convertir el agua, CO2 y la luz del sol, en oxígeno y azúcar, constituyendo junto con las actuales algas verde-azules y los cloroplastos todas las plantas verdes.
Pero lo que han desconcertado a los investigadores es, ¿como las cianobacterias han sido capaces de hacerlo dado que el oxígeno representa un veneno para ellas mismas¿. Para evitar roturas en su ADN mediante los radicales hidroxilo que se forman durante la producción de oxígeno, han tenido que desarrollar enzimas protectores, pero ¿cómo pudo la selección natural inducir a las cianobacterias a desarrollar estas enzimas si la necesidad para ellas ni siquiera aún no existía?
Actualmente dos grupos de investigadores del Instituto Tecnológico de California ofrecen una explicación al respecto. En un informe del 12 de diciembre, la Academia Nacional de Ciencias, (PNAS) demuestra que la luz ultravioleta que llega a la superficie del hielo glacial, puede dar lugar a la acumulación de oxidantes congelados y a la liberación eventual de oxígeno molecular a los océanos y a la atmósfera. Esta lenta liberación del venenoso oxígeno, habría podido conducir a la formación y desarrollo de enzimas oxígeno-protectores en una gran diversidad de microorganismos, incluyendo las cianobacterias. Según los profesores Yuk Yung de Ciencias Planetarias y Joe Kirschvink profesor de Geobiología, la solución dada sobre la formación de peróxidos mediante los rayos UV, es algo «simple y elegante».
Antes de que el oxígeno hiciese su aparición en la atmósfera, no había pantalla de ozono que impidiera a la luz UV alcanzar la superficie. Kirschvink añade Cuando la luz UV interacciona con el vapor de agua lo convierte parcialmente en peróxido de hidrógeno e hidrógeno. La existencia de éste peróxido es breve debido a su reactividad, pero durante una glaciación, éste se descongela un grado centígrado inferior al del punto de congelación del agua. Si la luz UV hubiese penetrado en la parte inferior de la superficie del glacial, habrían quedado atrapadas en el hielo glacial pequeñas cantidades de peróxidos. Este proceso, también se desarrolla actualmente en la Antártida cuando el agujero en la capa de ozono permite que la radiación UV alcance la superficie.
Antes de que existiera oxígeno en la atmósfera de la Tierra, o una pantalla a los rayos UV, el hielo glacial, se habría deslizado lentamente hacia el océano, fundiéndose y liberando al agua del mar las pequeñas cantidades de peróxidos atrapados, donde otro tipo de reacciones químicas lo habrían convertido en agua y oxígeno. Esto ocurrió hace mucho tiempo, cuando la luz UV podría matar los microorganismos, pero el oxígeno formado lo fue a muy bajos niveles, de tal modo que las cianobacterias habrían evitado el envenenamiento por oxígeno.
Kirschvink ha manifestado que El océano constituía un placentero lugar para que evolucionaran las enzimas oxígeno-protectoras, y una vez que estuvieron presentes, se desarrolló el camino para que apareciera la fotosíntesis del oxígeno y la respiración aeróbica de las células del mismo modo que lo hacemos nosotros. La evidencia de la teoría viene avalada por los cálculos realizados por el autor Danie Liang un recién graduado en ciencias planetarias del Caltech que ahora está en el Centro de Investigación para cambios del Medioambiente en la Academia Sinica de Taipei (Taiwán). Según Liang, tuvo lugar una fuerte glaciación en Makganyene Snowball hace 2,3 miles de millones de años y fue cuando las cianobacterias desarrollaron su capacidad para producir oxígeno. Durante este episodio, se pudo almacenar suficiente peróxido para producir casi tanto oxígeno como el que existe actualmente en la atmósfera. Otra evidencia adicional es que el nivel estimado de oxígeno resulta suficiente para explicar los depósitos de Manganeso en el Kalahari en África del Sur que representan el 80 % de las reservas de Manganeso de todo el mundo. Este depósito yace encima del último estrato geológico de Makganyene Snowball. Se pensó que se trataba de una eclosión de cianobacterias después de que la glaciación depositara el Manganeso fuera del agua del mar, dijo Liang , pero añadió simplemente pudo haber sido la liberación de oxígeno tras la descomposición de los peróxidos de Snowball. Existen muchos defensores del rol que jugó el peróxido de hidrógeno en el origen y evolución de la fotosíntesis oxigénica, pero no se podía identificar una causa inorgánica que la justificara en el ambiente precámbrico de la Tierra.
Fuente original: Caltech News Release
Traducido por: http://www.universetoday.com/2006/11/29/how-did-early-bacteria-survive-poisonous-oxygen/
Traducción realizada por: pedialum
