Explique como se produjo la liberación de oxígeno a la atmosfera

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Origen del oxígeno en la atmósfera terrestre: Una necesidad para vivir, una amenaza para los organismos vivos

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hace 8 años

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José A. Hernández Cortés (Investigador Científico, CEBAS-CSIC, Murcia)

El oxígeno molecular (O2) apareció en nuestra atmósfera hace unos 2500 millones de años. La teoría más aceptada para la aparición del O2 en nuestro ambiente es la teoría de la evolución química del oxígeno. Lazcano-Araujo (1989) defiende esta teoría y plantea la fusión de átomos de hidrógeno (H) a elevada temperatura para formar nuevos átomos: dos átomos de H más 2 neutrones originarían un átomo de helio (He). Dos átomos de He darían lugar a un átomo de berilio (Be). El carbono (uno de los elementos pilares de la vida) se originaría a partir de He más Be. Posteriormente, el oxígeno se formaría a partir de He y C. Sin embargo el O2 tardaría en aparecer, ya que la mayoría de átomos de oxígeno estaba asociado a otros elementos (H2O, SO2, NO2, unido a metales, etc…).

La actividad interna de la tierra también contribuyó a liberar compuestos que contienen oxígeno. Por ejemplo, la acción de los volcanes liberarían CO2, SO2, vapor de agua etc… Posteriormente, la acción de la radiación ultravioleta produciría la foto-degradación de estas moléculas enriqueciendo la atmósfera en O2.

Para explicar la contribución de las cianobacterias en la aparición del O2 es necesario partir de una situación donde el agua ya estuviese presente, en la que habitarían microorganismos primitivos, tanto anaeróbicos autótrofos y/o heterótrofos como fotosintéticos. En esta situación, las primitivas cianobacterias liberarían O2 mediante la fotólisis de moléculas de agua (H2O) y empleando los protones (H+) y electrones (e–) para generar energía usada en la biosíntesis de hidratos de carbono:

CO2 + H2O+ Energía de la Luz = CH2O + O2

Estos tres mecanismos cooperarían en la aportación de O2 a la atmósfera, la cual cambiaría su condición de reductora a oxidante.

Una vez que la atmósfera se enriqueció en O2, se originó la capa de ozono (O3) por acción de la radiación ultravioleta sobre el O2 presente en las capas más altas de la atmósfera. Este hecho marcaría un hito en la evolución de las especies, ya que el ozono proporcionaría protección frente a la radiación ultravioleta a los microorganismos existentes, lo que permitiría una futura colonización de la tierra.

En este sentido, la aparición del O2 supuso la desaparición de organismos existentes, y la aparición de nuevas formas de vida. Los primitivos organismos vivían en una atmósfera en ausencia de oxígeno (reductora) o con muy poco oxígeno disponible. De este modo, conforme aumentó en contenido de O2 en la atmósfera, muchos de estos primitivos microorganismos morirían. Los actuales microorganismos anaerobios o anaerobios facultativos (puede vivir tanto en presencia como en ausencia de oxígeno) son presumiblemente descendientes de aquellos microorganismos primitivos que se han adaptado a vivir en ambientes libres de O2 o con muy baja concentración de O2.

En otros microrganismos el uso del O2 permitió una mayor generación de energía y representó un enorme beneficio para su evolución. La consecuencia del uso del O2 en la producción de energía fue la generación de las denominadas Especies Reactivas del Oxígeno (ROS, del inglés Reactive Oxygen Species). Hay que tener en cuenta de que el oxígeno, vital para nuestra vida, es también un gas letal y corrosivo que puede además generar intermedios tóxicos. Por ello, los microorganismos aerobios (aquellos que viven en presencia de O2) han desarrollado mecanismos tanto físicos como bioquímicos para protegerse de los efectos tóxicos del O2 y de las ROS.

Todo lo referente a ROS y a mecanismos de defensa frente a estas moléculas tóxicas será objeto de un nuevo capítulo.

Referencias: (1) Lazcano-Araujo A. (1989) El origen de la vida. Evolución química y evolución biológica. 3ra. edición, Editorial Trillas, México DF. (2) Folsome E. (1989) Origen de la vida, Editorial Reverté, Barcelona. (3) Halliwell B., Gutteridge J.M.C. (2003) Free Radicals in Biology and Medicine. Third Edition, Oxford University Press Inc, New York.

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