Un respiro tan ancestral como tóxico

Lilia Montoya

Fecha: 2017-10-20


En el comienzo de la vida en la Tierra la cantidad de oxígeno atmosférico era casi nula (menos de 10-5 veces el nivel atmosférico presente o NAP), una diferencia abismal en comparación con la que encontramos a esta vital molécula actualmente (aproximadamente un 21%). Los organismos no sabían usar el oxígeno para su beneficio y de hecho el oxígeno era tóxico para ellos. Ya fuera que los organismos basaran sus actividad en fuentes de energía luminosa o química, utilizaban moléculas alternativas al agua para oxidar y al oxígeno para respirar, tales como sulfuro de hidrógeno (H2S), ión sulfato (SO42-) o ión férrico (Fe3+). A estos organismos se les conoce como anerobios, es decir, aborrecen el oxígeno ya que la mayoría de ellos muere en concentraciones de 0.1% NAP. La vida ancestral metabolizaba compuestos que organismos complejos como los eucariontes no han sido capaces de metabolizar para obtener energía. Tras el surgimiento en el océano de la fotosíntesis oxigénica (realizada por las cianobacterias) hace aproximadamente 2.7x109 años, los organismos anaerobios no se extinguieron sino que fueron “desterrados” a ambientes sin oxígeno (anóxicos).

 

 

Actualmente los principales ambientes anóxicos se localizan en las profundidades ya que el océano contiene solo 1/158 del oxígeno atmosférico. Al aumento histórico de la cantidad de oxígeno en la atmósfera producido por la fotosíntesis oxigénica se le conoce como Gran Evento de Oxidación (GEO). Dicho evento se reflejó en algunos cambios en la disponibilidad de ciertos metales, por ejemplo el cobre. El ión cuproso (Cu+) es prácticamente insoluble en agua, especialmente combinado con sulfuros. El sulfuro cuproso (Cu2S) es tan insoluble en agua que su concentración se ha estimado en poco menos de 0.02 billonésimas de gramo por litro. La oxidación del océano alteró la solubilidad del cobre oxidado (Cu2+). No es coincidencia que los organismos anaerobios que evolucionaron en el período temprano de la Tierra, no utilizaran enzimas con cobre. De hecho el cobre inhibe a una enzima crucial de los organismos homoacetogénicos (estos organismos anaerobios fijan carbono mediante un proceso muy antiguo, tal vez el más antiguo de los seres vivos). En cambio, en los organismos que respiran oxígeno (aerobios) es común el uso del cobre en las enzimas. Esta transición no fue del todo instantánea como se pensaba. Se ha extendido la idea de que el oxígeno atmosférico liberado por los organismos fotosintéticos intemperizó a los sulfuros de los continentes y que su transporte como sulfatos al océano sostuvo la existencia de organismos reductores de sulfatos en la profundidad y oxidadores de sulfuros en la superficie produciendo un océano euxínico (anóxico y sulfurado)

 

 

Si agentes oxidantes como el oxígeno cambiaron el curso de la evolución biológica en la Tierra, cabe preguntarse cómo repercutirían los agentes oxidantes en la vida de organismos en otros cuerpos del sistema solar. Los casos que recientemente han atravesado mayor escrutinio al respecto son los satélites Encélado, y Europa, el primero de Saturno y el segundo de Júpiter. Ambos satélites albergan  agua debajo de la  corteza de hielo: un océano debajo en Europa y un mar localizado en el hemisferio sur, en el caso de Encélado. Una fracción del agua sufre fotólisis y forma oxígeno molecular. ¿Cuánto oxígeno se difunde hacia esta regiones acuosas? En Encélado, se ha supuesto que el oxígeno no se difunde hacia el agua, de manera que de existir vida en este satélite  en el presente, ésta es anaerobia, por lo que es poco compleja.

 

 

Después del GEO, una extensa gama de mecanismos antioxidantes evolucionó y surgió la respiración aerobia. Esta última trajo consigo un aumento en la cantidad de material biológico (biomasa) terrestre; se calcula que la biomasa aumentó de 2 a 3 órdenes de magnitud. ¿Por qué el aumento? Lo que antes era tóxico, ahora brindaba un rendimiento energético superior al obtenido por cualquier mecanismo anaerobio, el precio sería aprender a contender con las moléculas reactivas. Algunos ejemplos de estas especies reactivas son el peróxido de hidrógeno (H2O2) y radical hidroxilo (OH*), siendo éstos últimos los más peligrosos porque reaccionan con casi cualquier biomolécula. Con esto se complicó la vida, sí, pero se tornó más productiva. Una huella de este aumento en la complejidad, además de la diversidad morfológica, se observa en las secuencias de los genomas en donde se ha encontrado un aumento significativo en el número total de reacciones catalizadas por genomas individuales después de incorporar oxígeno.  

 

 

Si agentes oxidantes como el oxígeno cambiaron el curso de la evolución biológica en la Tierra, cabe preguntarse cómo repercutirían los agentes oxidantes en la vida de organismos en otros cuerpos del sistema solar. Los casos que recientemente han atravesado mayor escrutinio al respecto son los satélites Encélado, y Europa, el primero de Saturno y el segundo de Júpiter. Ambos satélites albergan  agua debajo de la  corteza de hielo: un océano debajo en Europa y un mar localizado en el hemisferio sur, en el caso de Encélado. Una fracción del agua sufre fotólisis y forma oxígeno molecular. ¿Cuánto oxígeno se difunde hacia esta regiones acuosas? En Encélado, se ha supuesto que el oxígeno no se difunde hacia el agua, de manera que de existir vida en este satélite  en el presente, ésta es anaerobia, por lo que es poco compleja.



Etiquetas: Astrobiología,Moléculas,Vida,Atmósfera,

Revista Hacia El Espacio de divulgación de la ciencia y tecnología espacial de la Agencia Espacial Mexicana.




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