Biología evolutiva: ¿Cómo se convirtió O2 en un buen tipo y CO2 en un mal tipo?

Pregunta: ¿Cómo se convirtió el oxígeno en esencial para mantener la vida? ¿Por qué no cualquier otro gas?

Respuesta: El oxígeno no es esencial para la vida, no toda la vida, de todos modos. La primera vida compleja en dominar la tierra fueron las cianobacterias que tiñeron los océanos de púrpura y produjeron oxígeno como producto de desecho. Después de que el oxígeno reaccionó con todo lo que pudo alcanzar en los océanos y las rocas de la superficie, comenzó a acumularse en la atmósfera hasta que envenenó las bacterias que lo habían creado.

Pero en las profundidades sombrías del océano donde apenas podía penetrar la luz verde, habían evolucionado microbios más sofisticados: las plantas. Cuando las cianobacterias colapsaron, las plantas se hicieron cargo junto con otras bacterias que habían evolucionado para aprovechar la nueva fuente de energía que proporcionaba el oxígeno.

Un grupo se convirtió en las plantas, el otro los animales, que poblaron la tierra hoy. No hay nada mágico en el oxígeno y el CO2, excepto que, en las condiciones presentes en este planeta, los dos químicos forman un sistema estable mediante el cual estos dos grupos (plantas y animales) pueden capturar energía de la luz solar, concentrarla y usarla para vivir más. vidas complejas que solo la energía solar podría permitir.

La tierra Tierra no tenía O2 libre y los microbios que estaban presentes se ganaban la vida realizando metabolismos anaeróbicos; fermentación, fototrofia anoxigénica o respiración anaeróbica. Hace unos 2.35 mil millones de años, los antepasados ​​de las cianobacterias modernas encontraron una forma de usar el agua como donante de electrones para la fototrofia (llamada fotosíntesis oxigenada) y comenzaron a producir O2 como producto de su metabolismo. Esta fue la innovación biológica más importante en la historia de la Tierra después del origen de la vida misma. La presencia de O2 transformó permanentemente la química de la superficie de la Tierra.

Cuando apareció O2 por primera vez, no fue tan bueno para muchos organismos. El O2 puede interferir con ciertas proteínas en la célula, haciendo que sus sitios activos se desmoronen. También conduce a especies reactivas de oxígeno, que pueden matar células. Con el tiempo, la vida descubrió cómo lidiar con estos problemas. Eventualmente, un microbio cuchilla descubrió cómo usar O2 para la conservación de energía, un proceso llamado respiración aeróbica. El uso de O2 como un aceptor de electrones para la respiración aeróbica permite al organismo conservar la mayor cantidad de energía de sus reacciones metabólicas. Esto eventualmente condujo a la evolución de los eucariotas modernos, que realizan respiración aeróbica utilizando bacterias endosimbióticas (mitocondrias). La respiración aeróbica produce tanta energía que la vida multicelular compleja se hizo factible (plantas, animales, etc.).

La razón por la que el O2 es un buen receptor de electrones para la vida tiene que ver con los detalles de su química. Tiene el mayor potencial redox de cualquier gas no tóxico altamente disponible. Otros aceptores de electrones tienen potenciales redox mucho más bajos, por lo que conservan mucha menos energía.

El CO2 es un gran gas para la biología. Las plantas y muchos microbios usan CO2 para fijar el carbono y producir nueva biomasa. Además, muchos microbios hoy en día usan CO2 como un receptor de electrones terminal para su metabolismo (los metanógenos son un ejemplo). El CO2 solo tiene un mal nombre porque puede atrapar el calor en la atmósfera superior de la Tierra, lo que lleva al calentamiento global. El aumento moderno de CO2 es causado por los humanos que eliminan los hidrocarburos enterrados en la Tierra y los queman para generar energía.

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