La gran crisis de oxígeno

Fotosíntesis, el cloroplasto y las bacterias fotosintéticas Evolución del fotosistema I y II Introducción a la evolución de la fotosíntesis Energía y biocompuestos Evolución de las cadenas de transporte de electrones El fotosistema I El fotosistema II, parte 1 El fotosistema II, parte 2 La gran crisis de oxígeno
La gran crisis de oxígeno
El oxígeno es una especie química extremadamente toxica, ya que causa reacciones aleatorias de oxidación con los compuestos orgánicos. Las bacterias anaeróbicas actuales son un ejemplo de cuan tóxico es este gas, ya que al ser expuestas a la atmósfera oxigenada se mueren al instante.
De hecho, la toxicidad por oxígeno es tan fuerte que aun seres vivos con mecanismos de defensa no son inmunes a él, pues causa acumulación de mutaciones que conllevan al cáncer y al envejecimiento.  

Figura GCO-01. El oxígeno en el planeta puede clasificarse en tres períodos, el evento denominado Gran Crisis de Oxígeno representa la primer elevación de oxígeno entre 2.7 y 2.5. Le sigue un período de estabilidad hasta una segunda elevación hace unos 800 millones de años justo antes de la explosión cámbrica, el tercer evento sucede hace unos 300 millones de años cuando las plantas terrestres colonizaron el planeta. El mayor pico se da durante la era carbonífera.

Con la evolución del fotosistema II las bacterias empezarían a esparcirse por el planeta elevando poco a poco las cantidades de oxígeno en el planeta. Al inicio de manera lenta ya que grandes yacimientos de minerales aún no se habían oxidado desde la formación del planeta, en especial grandes bandas de hierro ferroso en los océanos.
El hierro ferroso en solución acuosa actuaría como un filtro/esponja que poco a poco absorbería el oxígeno, convirtiéndose en hierro férrico, el cual se deposita en el lecho oceánico, convirtiéndose en los grandes yacimientos de hierro férrico de la actualidad.
Sin embargo cuando la superficie del planeta se oxidó por completo, los niveles de oxígeno del planeta debieron elevarse. Las bandas de hierro férrico oceánico han sido datadas de hace unos 2.7 mil millones de años, lo cual ayuda a ubicar el tiempo en que las cianobacterias se dispersaron por el planeta.
El proceso fue geológicamente lento, pues la cantidad de oxigeno se estabiliza a los niveles cercanos a los actuales desde hace unos 1.5 mil millones de años hasta hace unos 500 millones de años.
Este crecimiento tan gradual le permitió a las bacterias generar una serie de contramedidas contra el mortífero gas, algunas se escondieron en ambientes anaeróbicos, otras desarrollaron enzimas modificadas de la cadena de transporte de electrones, un ejemplo fue el de los citocromos con su alto contenido de dominios hemo que contienen hierro.
Esta modificación conllevó a la evolución de la citocromo oxidasa que podía emplear al oxígeno como último aceptor de electrones, convirtiendo así al gas mortífero en un componente más de la cadena de transporte de electrones, dando nacimiento así a la respiración celular aeróbica.
Otras bacterias que no poseían la cadena en primera instancia, simplemente desarrollaron enzimas como la catalasa, que inactivaban al oxigeno o a sus subproductos tóxicos.
De hecho, tanto las cianobacterias, las bacterias purpuras fotosintéticas como los mismos cloroplastos de las plantas pueden cambiar o emplear de manera simultánea ambos tipos de metabolismo.
En las bacterias purpuras, solo existe una cadena, y por lo tanto dependiendo de las condiciones se la emplea de manera “hacia abajo” para la respiración celular aeróbica o “hacia arriba” para la fotosíntesis.
Los cloroplastos y cianobacterias al poseer varias membranas pueden separar sus funciones.
La evolución es un proceso conservativo, en los que una parte puede funcionar en muchos contextos diferentes dando funciones en conjunto muy diferentes e incluso hasta puestas. Es por esto que cuando se hace el cambio de estudiar la respiración celular aeróbica a la fotosíntesis se da una sensación de deja vu, de estar repitiendo lo que ya se explicó en el pasado.
Lo que es paradójico es que las proteínas que conectan a ambos tipos de metabolismo, las cadenas de transporte de electrones apenas si son conocidas, mientras que otras como la clorofila reciben toda la atención, dando la apariencia de que ambos metabolismos funcionaran de formas totalmente diferentes. PRINCIPAL REGRESAR