¿APARECIÓ EL OXÍGENO POR PRIMERA VEZ EN LA TIERRA DE FORMA GRADUAL O REPENTINA? LOS CIENTÍFICOS ISRAELÍES ENCUENTRAN LA RESPUESTA

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Y Hashem dijo: “Hagamos al hombre a nuestra imagen, conforme a nuestra semejanza. Dominarán los peces del mar, las aves del cielo, el ganado, toda la tierra y todos los reptiles que se arrastran sobre la tierra «Génesis 1:26

Los seres humanos dan por sentado el oxígeno, pero no siempre existió en la tierra. ¿Cuándo apareció por primera vez el gas O2 en nuestro planeta? ¿Fue un evento repentino o gradual? Estas cuestiones han sido debatidas durante mucho tiempo por los científicos. 

Se sabe que hace unos 2.500 millones de años, la Tierra experimentó lo que posiblemente fue el mayor cambio en su historia: según el registro geológico, el oxígeno molecular pasó repentinamente de inexistente a estar disponible libremente en todas partes. Este fenómeno, que ha sido llamado el Gran Evento del Oxígeno (GOE), hizo posible que existiera la evolución de los organismos que usan oxígeno, y esto incluyó al hombre. 

Pero, ¿fue realmente un «gran evento» en el sentido de que el cambio fue radical y repentino, o los organismos vivos en ese momento ya usaban oxígeno libre, solo en niveles más bajos? 

Los científicos del Instituto de Ciencias Weizmann en Rehovot que estudiaron la evolución de las enzimas sugirieron que la vida descubrió cómo usar el oxígeno mucho antes del evento principal. Ahora han confirmado la hipótesis de los científicos durante años de que el oxígeno apareció y persistió en la biosfera mucho antes del GOE. Presentaron un medio completamente nuevo de fechar la aparición del oxígeno, uno que nos ayuda a comprender cómo evolucionó la vida tal como la conocemos ahora.

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El profesor Dan Tawfik, del departamento de ciencias biomoleculares del instituto, cuyo equipo estudia la estructura y función de las proteínas, especialmente las enzimas, y cómo evolucionan, acaba de publicar su prueba en la prestigiosa revista Nature Ecology & Evolution . 

Señaló que la datación del GOE es indiscutible, al igual que el hecho de que el oxígeno molecular fue producido por microorganismos fotosintéticos. Químicamente hablando, la energía extraída de la luz divide el agua en protones (iones de hidrógeno) y oxígeno. Los electrones producidos en este proceso se utilizaron para formar compuestos que almacenan energía (azúcares) y el oxígeno, un subproducto, se liberó inicialmente a los alrededores. 

La pregunta que no se ha resuelto, sin embargo, es: ¿Coincidió la producción de oxígeno con el GOE o los organismos vivos tuvieron acceso al oxígeno incluso antes de ese evento? Un lado de este debate afirma que el oxígeno molecular no habría estado disponible antes del GOE, ya que la química de la atmósfera y los océanos antes de ese momento habría asegurado que cualquier oxígeno liberado por la fotosíntesis hubiera reaccionado químicamente de inmediato. 

Sin embargo, un segundo lado del argumento sugiere que parte del oxígeno producido por los microorganismos fotosintéticos puede haber permanecido libre el tiempo suficiente para que los organismos no fotosintéticos lo recojan para su propio uso incluso antes del GOE. Varias conjeturas entre estos dos han propuesto «oasis» u «ondas» de oxigenación atmosférica de corta duración. 

El estudiante de investigación Jagoda Jabłońska del grupo de Tawfik pensó que el enfoque del grupo, la evolución de las proteínas, podría ayudar a resolver el problema. Usando métodos para rastrear cómo y cuándo han evolucionado varias proteínas, ella y Tawfik pensaron que podrían descubrir cuándo los organismos vivos comenzaron a procesar el oxígeno. Estos árboles filogenéticos se utilizan ampliamente para desentrañar la historia de las especies, de familias humanas y familias de proteínas. Jabłońska decidió utilizar un enfoque similar para descubrir la evolución de las enzimas basadas en oxígeno. 

Para lanzar el estudio, Jabłońska clasificó alrededor de 130 familias conocidas de enzimas que producen o usan oxígeno en bacterias y arqueas, organismos unicelulares que habrían existido en el Eón Arqueano (el período entre la aparición de la vida, unos cuatro mil millones hace años y el GOE). 

De estos, seleccionó alrededor de la mitad, en los que se encontró actividad de uso o emisión de oxígeno en la mayoría o en todos los miembros de la familia y parecía ser la función fundadora. Es decir, el primer miembro de la familia habría surgido como una enzima de oxígeno. De estos, seleccionó 36 cuya historia evolutiva se pudo rastrear de manera concluyente. 

“Por supuesto, no fue nada sencillo”, admitió Tawfik. “Los genes se pueden perder en algunos organismos, dando la impresión de que evolucionaron más tarde en los miembros a los que se aferraron. Y los microorganismos comparten genes horizontalmente, alterando los árboles filogenéticos y dando lugar a una sobreestimación de la edad de la enzima. Tuvimos que corregir especialmente por lo último «. 

Los árboles filogenéticos que los investigadores finalmente obtuvieron mostraron un estallido de evolución de enzimas basadas en oxígeno hace unos tres mil millones de años, algo así como 500 millones de años antes del GOE. Al examinar más a fondo este marco de tiempo, los científicos descubrieron que, en lugar de coincidir con la toma de oxígeno atmosférico, esta explosión se remonta al momento en que las bacterias abandonaron los océanos y comenzaron a colonizar la tierra. Algunas enzimas que usan oxígeno podrían rastrearse aún más atrás. Si el uso de oxígeno hubiera coincidido con el GOE, las enzimas que lo utilizan habrían evolucionado más tarde, por lo que los hallazgos respaldaron la teoría de que el oxígeno ya era conocido por muchas formas de vida cuando se produjo el GOE. 

El escenario propuesto por Jabłońska y Tawfik se parece a esto: el oxígeno es uno de los elementos más reactivos químicamente que existen. Como un extremo de una batería, acepta electrones fácilmente, lo que proporciona una potencia metabólica adicional. Eso lo hace extremadamente útil para muchas formas de vida, pero también potencialmente dañino. Por lo tanto, los organismos fotosintéticos, así como otros organismos que viven en su vecindad, tuvieron que desarrollar rápidamente formas de eliminar el oxígeno de manera eficiente. Esto explicaría la aparición de enzimas que utilizan oxígeno y que eliminarían el oxígeno molecular de las células. Sin embargo, los desechos de un microorganismo son la fuente potencial de vida de otro. La reactividad única del oxígeno permitió a los organismos descomponerse y usar moléculas “resistentes” como aromáticos y lípidos, por lo que las enzimas que absorben y usan oxígeno probablemente comenzaron a evolucionar poco después. 

“Esto confirma la hipótesis de que el oxígeno apareció y persistió en la biosfera mucho antes del GOE. Llevó tiempo alcanzar el nivel más alto de GOE, pero para entonces el oxígeno era ampliamente conocido en la biosfera ”, dijo Tawfik. “Nuestra investigación presenta un medio completamente nuevo de fechar la aparición del oxígeno, y uno que nos ayuda a comprender cómo evolucionó la vida tal como la conocemos ahora”, concluyó Jabłońska.