Ciencia para todos desde el CEBAS

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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Comentarios en: "Origen del oxígeno en la atmósfera terrestre: Una necesidad para vivir, una amenaza para los organismos vivos" (13)

  1. ¿Qué opinas sobre la teoría que habla de la posibilidad de que el origen de la atmósfera sea extraterrestre? Y por extraterrestre me refiero a la acción de meteoritos y cometas…

    • Muchas gracias por interés en nuestro blog y por el comentario.
      Esto es difícil de saber. Lo que si se sabe es que en las rocas de la Luna están hidratadas, pero no hay oxígeno libre.
      Es posible que el impacto de meteoritos y/o cometas hubiese enriquecido la tierra con materiales extraterrestes, incluidos el H2O y por tanto oxígeno.
      Pero también parece probable la denominada evolución química del oxígeno y el procedente de la emisión de gases como el CO2, SO2 etc…
      El enriquecimiento definitivo de O2 en la atmósfera se debe a la aparición de microorganismos (incluidas algas unicelulares primitivas) fotosintéticos que liberaban O2 a la atmósfera.

      Saludos cordiales

    • mucha felicidad chamo por esa teoría ,de verdad de mucho me ha servido para un trabajito de geología . de veras eperamos que siga usted haciéndolo chamo.saludos

  2. divulgadores2012 dijo:

    Hay lluvias de opiniones de la formación del oxigeno en la atmósfera,mi opinión es que la velocidad de la tierra, que gira a 1820 Km por hora, generando oxigeno por la velocidad que lleva.

    • Hola
      Si fuese así, cualquier movimiento generaría oxígeno molecular (O2) y todos los planetas tendrían oxígeno. Piensa que ya había vida en la tierra antes de que apareciera el O2, pero en unas condiciones anaerobias. No se si esto te despeja alguna duda. Saludos

  3. ¿QUE EVENTO EXPLICARIA EL AUMENTO EN LA CONCENTRACION DE O2 EN LA ATMOSFERA?

    • El aumento de la concentración del O2 en la atmósfera se explica por la aparición de organismos unicelulares fotosintéticos que empiezan a usar el H2O como poder reductor y liberan O2 como desecho. La acumulación de O2 en la atmósfera, por acción de los rayos UV, favorece la aparición del ozono (O3) lo que marca otro hito en al evolución: los organismos acuáticos pueden ir abandonando el medio acuoso y colonizar el medio terrestre. Poco a poco irán apareciendo organismos fotosintéticos terrestres que ayudarán también a que aumente la presencia del O2 en la atmósfera.

      Espero responder a tu duda.

      Muchas gracias por tu interés
      Saludos cordiales

  4. muchas gracias, que dios lo bendiga

  5. […] uno favoreciendo la aparición de especies reactivas del oxígeno (ROS). Para más información: (https://cienciacebas.wordpress.com/2012/10/23/origen-del-oxigeno-en-la-atmosfera-terrestre-un-necesi…), […]

  6. […] La teoría de la evolución más aceptada de Oparin-Haldane, sugiere que las primeras células eran heterótrofas y que evolucionaron en las condiciones de atmósfera reducida (ausencia de oxígeno) existentes en la Tierra en ese momento. Estos simples organismos heterótrofos eran unicelulares y sobrevivían a partir de compuestos orgánicos presentes en el fondo oceánico. A medida que la materia orgánica comenzó a agotarse, las células evolucionaron gradualmente de ser heterótrofas a autótrofas. Este cambio permitió a las células utilizar compuestos químicos o la luz solar para sintetizar su propia materia orgánica para nutrirse. Estos nuevos organismos necesitaban únicamente compuestos inorgánicos, como el CO2, y una fuente de energía externa que les ayudara a transformarlos en compuestos orgánicos, fundamentalmente azúcares. Los primeros organismos autótrofos empleaban compuestos químicos que encontraban cerca de las chimeneas volcánicas (fumarolas), como el H2S, NH3, el Fe2+ (quimiosíntesis). Hace unos 3.500-3.200 millones de años ya habían colonizado zonas situadas más cerca de la superficie y allí encontraron una nueva fuente de energía para fabricar sus nutrientes: la luz del sol. La fotosíntesis había nacido. Hace 2.800 millones de años un grupo de bacterias llamadas cianobacterias desarrolló la habilidad de emplear el agua como donante de electrones en la fotosíntesis para elaborar sus nutrientes. Y como consecuencia de su actividad, comenzaron a emitir a la atmósfera el gas más tóxico y letal que existe: el Oxígeno, que es en sí mismo un radical libre pudiendo aceptar electrones de uno en uno favoreciendo la aparición de especies reactivas del oxígeno (ROS). (https://cienciacebas.wordpress.com/2012/10/23/origen-del-oxigeno-en-la-atmosfera-terrestre-un-necesi&#8230😉 […]

  7. La acumulación de oxígeno molecular en la atmosfera significo una gran evolucion, ¿porqué? Podría responderme, gracias.

  8. Hola
    Piensa que se pasó progresivamente de un ambiente reductor (sin oxígeno) hasta un ambiente con oxígeno. Esto supuso una extinción masiva de todos aquellos microorganismos (entonces no había organismos multicelulares) anaerobios. Algunos quedaron reducidos en ambientes con muy poco o casi sin oxígeno (anaerobios o anaerobios facultativos) y sólo aquellos microorganismos que desarrollaron mecanismos de defensa (antioxidantes) frente a los efectos tóxicos del oxígeno sobrevivieron (provocado por alguna mutación o mutaciones). A cambio, se consiguió ventajas adaptativas: primero, los microorganismos fotosintéticos pudieron usar el agua como reductor para su función fotosintética (producción de materia orgánica, poder reductor y energía) y además el uso del oxígeno como aceptor terminal en la respiración dio lugar a una mayor generación de energía que la fermentación. Esto dio lugar a que los organismos existentes pudieran ser más complejos pasando a ser multicelulares dando lugar a organismos más complejos con el tiempo.

    No se si respondo a tu pregunta. En cualquier caso aquí seguimos para ayudarte

    Saludos

    José A Hernandez

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