El truco de las cianobacterias

Basado en un reporte de Caltech #3# Hace dos mil quinientos millones de años, cuando nuestros ancestros evolutivos eran poco más que un centelleo en una membrana de plasma, el proceso conocido como fotosíntesis obtuvo súbitamente la capacidad de liberar oxígeno molecular en la atmósfera terrestre, causando uno de los mayores cambios ambientales en la historia de nuestro planeta. Los organismos presuntamente responsables fueron las cianobacterias, que según se sabe desarrollaron la habilidad de convertir el agua, el dióxido de carbono y la luz solar en oxígeno y azúcar, y que todavía están entre nosotros como algas verdeazuladas y como los cloroplastos que se encuentran en todas las plantas verdes. Pero por largo tiempo los investigadores han estado intrigados por la forma en que las cianobacterias pudieron producir todo ese oxígeno sin envenenarse a sí mismas. Para evitar que el ADN fuera destruido por un radical hidroxilo que ocurre naturalmente en la producción de oxígeno, las cianobacterias deberían haber desarrollado enzimas protectoras. ¿Pero cómo podría la selección natural haber hecho que las cianobacterias desarrollaran estas enzimas si la necesidad de ellas ni siquiera existía todavía? Es una cuestión importante para la comprensión de cómo la antigua vida de la Tierra interactuó con el cambiante medioambiente planetario. “Antes de que el oxígeno apareciera en la atmósfera, no había una pantalla de ozono que impidiera que la luz ultravioleta golpeara contra la superficie”, explica Kirschvink. “Cuando la luz ultravioleta golpea contra el vapor de agua, convierte algo de él en peróxido de hidrógeno (que es lo que se compra en el supermercado para blanquear el pelo), más un poco de gas hidrógeno. #4# “Normalmente, este peróxido no duraría mucho tiempo debido a las reacciones posteriores, pero durante una glaciación el peróxido de hidrógeno se congela a un grado por debajo del punto de congelamiento del agua. Si la radiación ultravioleta hubiera penetrado hasta la superficie de un glaciar, pequeñas cantidades de peróxido habrían sido atrapadas en el hielo glacial”. De hecho, este proceso sucede hoy en día en la Antártida cuando se forma el agujero de ozono, permitiendo que la fuerte luz ultravioleta llegue hasta el hielo. Antes de que hubiera sobre la Tierra ningún oxígeno atmosférico o ninguna pantalla ultravioleta, el hielo glacial habría fluido colina abajo hasta el océano, se habría fundido, y habría liberado enormes cantidades de peróxido directamente en el agua marina, donde otro tipo de reacciones químicas re-convertiría otra vez al peróxido en agua y oxígeno. Esto sucedió muy lejos de la luz ultravioleta que podría matar a los organismos, pero el oxígeno tenía unos niveles tan bajos que las cianobacterias habrían evitado el envenenamiento. “El océano era un lugar hermoso para que evolucionaran las enzimas protectoras de oxígeno”, dice Kirschvink. “Y una vez que esas enzimas protectoras estuvieron en su lugar, allanaron el camino tanto para que se desarrollara la fotosíntesis del oxígeno como para que apareciera la respiración aeróbica, de modo que las células pudieran realmente respirar oxígeno, tal como hacemos nosotros”. La evidencia para estas teorías proviene de los cálculos del autor principal Danie Liang, un graduado reciente en ciencias planetarias en Caltech, quien ahora se encuentra en el Centro de Investigación de Cambios Medioambientales en la Academia Sinica en Taipei, Taiwán. #5# Según Liang, un congelamiento total conocido como “Tierra Bola de Nieve Makganyene” ocurrió hace dos mil trescientos millones de años, aproximadamente en la misma época en que las cianobacterias desarrollaron sus habilidades de producción de oxígeno. Durante este episodio “Tierra Bola de Nieve”, se pudo haber almacenado suficiente peróxido como para producir casi tanto oxígeno como existe actualmente en la atmósfera. Como pieza adicional de evidencia, este nivel estimado de oxígeno es también suficiente como para explicar la deposición del campo de manganeso del Kalahari en África del Sur, que contiene un 80 por ciento de las reservas de manganeso de todo el mundo. Este depósito se encuentra inmediatamente por encima de la última traza geológica de la “Tierra Bola de Nieve Makganyene”. “Solíamos creer que hubo un florecimiento cianobacterial después de la glaciación que volcó este manganeso desde el agua”, dice Liang. “Pero pudo simplemente ser el oxígeno proveniente de la descomposición del peróxido luego de la “Tierra Bola de Nieve” el que lo causó”. Además de Kirschvink, Yung y Liang, los otros autores son Hyman Hartman del Centro de Ingeniería Biomédica de MIT, y Robert Koop, un estudiante graduado en geobiología en Caltech. Hartman, junto a Chris McKay del Centro Ames de Investigación de la NASA, fueron proponentes tempranos del papel que el peróxido de hidrógeno jugó en el origen y evolución de la fotosíntesis oxigénica, pero no habían podido identificar ninguna buena fuente inorgánica de él en el medioambiente pre-cámbrico de nuestro planeta.