¿Cuál es la línea de tiempo más plausible de la evolución de la fotosíntesis oxigenada?

La fotosíntesis oxigenada parece haber evolucionado solo una vez, aproximadamente hace 2.500 millones de años, probablemente como resultado de la endosimbiosis. No es sorprendente que solo haya evolucionado una vez; La fotosíntesis oxigenada es un proceso complejo y complejo, y el producto de desecho (oxígeno) es material increíblemente reactivo que es masivamente tóxico para la mayoría de la vida anaeróbica, por lo que los primeros organismos fotosintéticos productores de oxígeno tuvieron que evolucionar tanto el proceso en sí como las defensas contra la muerte. oxígeno resultante

Podemos ubicar el momento del origen de la fotosíntesis porque la atmósfera original de la tierra no contenía oxígeno libre para hablar, y los océanos originales eran bastante ricos en hierro.

Durante un tiempo, la fotosíntesis realizada por las cianobacterias, los primeros organismos fotosintéticos de oxígeno, no causó un aumento en el oxígeno atmosférico, porque el hierro en el océano actuó como un enorme sumidero de oxígeno. El oxígeno reaccionó con el hierro disuelto para formar óxido de hierro, que precipitó del agua y formó una capa de sedimento rico en hierro que todavía podemos ver en los depósitos que quedan en el fondo marino. Fechar estos depósitos nos dice cuándo comenzó el proceso.

Finalmente, la capacidad de este sumidero de oxígeno se agotó y el oxígeno comenzó a acumularse en el aire, lo que condujo a la catástrofe de oxígeno. (Wikipedia, en un ataque de corrección política que se ha vuelto loco, se refiere a la catástrofe del oxígeno como el “gran evento de oxigenación”).

Gran evento de oxigenación – Wikipedia

Durante este tiempo, casi todos los seres vivos murieron, porque ¿recuerdas lo poco que el oxígeno es tóxico para la vida anaeróbica? Imagínese si un organismo hoy comenzara a verter cloro en el aire y obtendrá la idea. Nuevamente, podemos fechar esto a partir de la evidencia que queda en la corteza terrestre.

Desde la perspectiva de las cianobacterias, fue ganar-ganar-ganar. Obtuvieron la capacidad de producir alimentos a partir de la luz solar, mataron todo lo que podría competir con ellos y convirtieron a todos sus competidores potenciales en fertilizantes; ¿Qué no se podría amar? Las personas que dicen que los humanos son los organismos más destructivos que jamás hayan vivido no conocen su historia; No tenemos nada sobre las cianobacterias.

De todos modos, la catástrofe de oxígeno — err, disculpe, el “gran evento de oxigenación” duró aproximadamente 500 millones de años, al final del cual había suficiente oxígeno libre en el aire para matar a casi todos los seres vivos y destruir completamente todos los ecosistemas existentes.

Antes de hace aproximadamente 2.500 millones de años, no hay evidencia de fotosíntesis oxigenada, y el árbol filogenético sugiere que surgió solo una vez y se transmitió a otros organismos fotosintéticos de las cianobacterias, bajas pero rapaces y demente destructivas.

Plantphysiol.org: evolución temprana de la fotosíntesis

ORÍGENES DE LA FOTOSÍNTESIS

Sabemos muy poco sobre los primeros orígenes de la fotosíntesis. Ha habido numerosas sugerencias sobre dónde y cómo se originó el proceso, pero no hay evidencia directa que respalde ninguno de los posibles orígenes (Olson y Blankenship, 2004). Existe evidencia sugestiva de que los organismos fotosintéticos estuvieron presentes hace aproximadamente 3.2 a 3.5 mil millones de años, en forma de estromatolitos, estructuras en capas similares a las formas producidas por algunas cianobacterias modernas, así como numerosos microfósiles que han sido interpretados como derivados de fotótrofos ( Des Marais, 2000). En todos estos casos, no es seguro que los fotótrofos hayan sido la fuente de los fósiles, pero se infieren de la morfología o el contexto geológico. También hay evidencia isotópica de la fijación de carbono autotrófica hace 3.7 a 3.8 mil millones de años, aunque no hay nada que indique que estos organismos fueran fotosintéticos. Todas estas afirmaciones para la fotosíntesis temprana son muy controvertidas y han generado una gran discusión enérgica en la literatura (Buick, 2008). A continuación se analiza la evidencia del momento del origen de la fotosíntesis oxigenada y el aumento de oxígeno en la atmósfera. La evidencia acumulada sugiere que la fotosíntesis comenzó temprano en la historia de la Tierra, pero probablemente no fue uno de los primeros metabolismos y que las primeras formas de fotosíntesis fueron anoxigenicas, y las formas oxigenadas surgieron significativamente más tarde.

TRANSICIÓN A LA FOTOSÍNTESIS OXIGÉNICA

Quizás el evento más ampliamente discutido pero poco entendido en la evolución de la fotosíntesis es la invención de la capacidad de usar el agua como donante de electrones, produciendo O2 como producto de desecho y dando lugar a lo que ahora se llama fotosíntesis oxigenada. La producción de O2 y su posterior acumulación en la atmósfera cambió para siempre la Tierra y permitió el desarrollo de una vida avanzada que utilizó el O2 durante la respiración aeróbica. Varias líneas de evidencia geoquímica indican que el O2 libre comenzó a acumularse en la atmósfera hace 2.400 millones de años, aunque la capacidad de realizar fotosíntesis oxigenada probablemente comenzó algo antes (Buick, 2008). Para que el O2 se acumule, es necesario que la maquinaria biológica necesaria para producirlo haya evolucionado, pero también el carbono reducido producido debe ser enterrado por procesos geológicos, que están controlados por procesos geológicos como la tectónica de placas y la acumulación de continentes. . Por lo tanto, la acumulación de O2 en la atmósfera representa una unión de la biología que da lugar a la producción de O2 y la geología que permite que el O2 se acumule.

El oxígeno es producido por PSII en el centro de evolución de oxígeno, que contiene un complejo tetranuclear de manganeso. El origen evolutivo del centro de evolución de oxígeno ha sido durante mucho tiempo un misterio. Se han sugerido varias fuentes, pero hasta ahora no se ha encontrado evidencia convincente para resolver este problema (Raymond y Blankenship, 2008). Parece probable la posibilidad de que existan etapas intermedias funcionales que conecten los RC anoxígenos de tipo II con PSII (Blankenship y Hartman, 1998).

CONCLUSIÓN

El proceso de fotosíntesis se originó temprano en la historia de la Tierra, y ha evolucionado a su actual diversidad mecanicista y distribución filogenética mediante un proceso complejo y no lineal. La evidencia actual sugiere que los primeros organismos fotosintéticos fueron anoxigenicos, que todos los RC fotosintéticos se han derivado de una sola fuente, y que los sistemas de antena y las vías de fijación de carbono se han inventado varias veces.

Evolución de la fotosíntesis – Wikipedia

La capacidad bioquímica para usar el agua como fuente de electrones en la fotosíntesis evolucionó en un ancestro común de las cianobacterias existentes. [2] El registro geológico indica que este evento transformador tuvo lugar al principio de la historia de la Tierra, hace al menos 2450-2320 millones de años (Ma), y, se especula, mucho antes. [3] [4] La evidencia disponible de los estudios geobiológicos de rocas sedimentarias de Archean (> 2500 Ma) indica que existía vida de 3500 Ma, pero la pregunta de cuándo evolucionó la fotosíntesis oxigenada aún no tiene respuesta. Una clara ventana paleontológica sobre la evolución de las cianobacterias se abrió alrededor de 2000 Ma, revelando una biota ya diversa de verdes azules. Las cianobacterias siguieron siendo los principales productores primarios en todo el Eón Proterozoico (2500–543 Ma), en parte porque la estructura redox de los océanos favorecía los fotoautótrofos capaces de fijar el nitrógeno. [ cita requerida ] Las algas verdes se unieron a los verdes azules como los principales productores primarios en las plataformas continentales cerca del final del Proterozoico, pero solo con las radiaciones mesozoicas (251–65 Ma) de dinoflagelados, cocolitofóridos y diatomeas hicieron la producción primaria en las aguas de la plataforma marina. tomar forma moderna Las cianobacterias siguen siendo críticas para los ecosistemas marinos como productores primarios en giros oceánicos, como agentes de fijación biológica de nitrógeno y, en forma modificada, como los plástidos de algas marinas. [5]

Se cree que los primeros sistemas fotosintéticos, como los del azufre verde y morado y las bacterias verdes y moradas sin azufre, han sido anoxigenicos, utilizando diversas moléculas como donantes de electrones. Se cree que las bacterias de azufre verde y morado usaron hidrógeno y azufre como donante de electrones. Las bacterias verdes sin azufre utilizan varios aminoácidos y otros ácidos orgánicos. La bacteria púrpura sin azufre utilizó una variedad de moléculas orgánicas inespecíficas.

Los fósiles de lo que se cree que son organismos fotosintéticos filamentosos datan de 3.400 millones de años. [6] [7]

La principal fuente de oxígeno en la atmósfera es la fotosíntesis oxigenada, y su primera aparición a veces se conoce como la catástrofe del oxígeno. La evidencia geológica sugiere que la fotosíntesis oxigenada, como la de las cianobacterias, se volvió importante durante la era paleoproterozoica hace aproximadamente 2 mil millones de años. La fotosíntesis moderna en plantas y la mayoría de los procariotas fotosintéticos es oxigenada. La fotosíntesis oxigenada utiliza agua como donante de electrones, que se oxida a oxígeno molecular (O2) en el centro de reacción fotosintética.

Fuente de la figura: Citrus College – Capítulo 6: Fotosíntesis

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