La enzima nitrogenasa se remonta al ancestro común universal de todas las células hace más de cuatro mil millones de años.
Se encuentra solo en las bacterias hoy en día, no obstante, la nitrogenasa es esencial para la producción de oxígeno a partir del agua en la fotosíntesis, por lo que es fundamental en cómo las bacterias acuáticas produjeron el primer oxígeno molecular de la Tierra hace 2.500 millones de años.
"Durante la mitad de los 4.600 millones de años de existencia de la Tierra, la atmósfera contenía solo dióxido de carbono y nitrógeno, sin oxígeno, pero esto cambió cuando las cianobacterias, también conocidas como algas verdiazules, comenzaron a producir el primer oxígeno usando nitrogenasa. Esto llevó ael gran evento de oxidación ", explicó el autor del estudio, el profesor John Allen UCL Genetics, Evolution & Environment.
"Pero en lugar de aumentar de manera constante, los niveles de oxígeno atmosférico se estabilizaron al 2% en volumen durante aproximadamente dos mil millones de años antes de aumentar al nivel actual del 21%. Las razones de esto han sido debatidas durante mucho tiempo por los científicos y creemos que finalmente hemos encontradouna respuesta simple pero sólida ".
Un estudio, publicado hoy en Tendencias en ciencias de las plantas por investigadores de UCL, Queen Mary University of London y Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, propone por primera vez que el oxígeno atmosférico producido mediante nitrogenasa bloqueó el funcionamiento de la enzima.
Este circuito de retroalimentación negativa impidió que se produjera más oxígeno e inició un largo período de estancamiento en la historia de la Tierra hace unos 2.400 millones de años.
Con una duración de casi dos mil millones de años, el Eón Proterozoico vio muy pocos cambios en la evolución de la vida, la composición del océano y la atmósfera y el clima, lo que llevó a algunos a llamarlo los 'mil millones aburridos'.
"Hay muchas ideas sobre por qué los niveles de oxígeno atmosférico se estabilizaron al 2% durante un período de tiempo tan increíblemente largo, incluido el oxígeno que reacciona con los iones metálicos, pero sorprendentemente, el papel clave de la nitrogenasa se ha pasado por alto por completo", dijo el co-autor Profesor William Martin Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf.
"Nuestra teoría es la única que explica el impacto global en la producción de oxígeno durante un período de tiempo tan sostenido y explica por qué pudo elevarse a los niveles que vemos hoy, impulsando la evolución de la vida en la Tierra."
El equipo dice que el ciclo de retroalimentación negativa terminó solo cuando las plantas conquistaron la tierra hace unos 600 millones de años.
Cuando surgieron las plantas terrestres, sus células productoras de oxígeno en las hojas se separaron físicamente de las células que contienen nitrogenasa en el suelo. Esta separación permitió que el oxígeno se acumulara sin inhibir la nitrogenasa.
Esta teoría está respaldada por evidencia en el registro fósil que muestra que las cianobacterias habían comenzado a proteger la nitrogenasa en células dedicadas llamadas heterocistos hace unos 408 millones de años, una vez que los niveles de oxígeno ya estaban aumentando a partir de la fotosíntesis en plantas terrestres.
"La nitrogenasa es esencial para la vida y el proceso de fotosíntesis, ya que fija el nitrógeno del aire en amoníaco, que se utiliza para producir proteínas y ácidos nucleicos", dijo la coautora, la Sra. Brenda Thake Universidad Queen Mary de Londres.
"Sabemos por el estudio de las cianobacterias en condiciones de laboratorio que la nitrogenasa deja de funcionar a niveles atmosféricos superiores al 10%, que es del 2% en volumen, ya que la enzima es rápidamente destruida por el oxígeno. A pesar de que los biólogos lo saben, no hahasta ahora se ha sugerido como impulsor de uno de los grandes misterios de la Tierra ".
El trabajo fue financiado por Leverhulme Trust, European Research Council, Volkswagen Foundation y German Research Foundation DFG.
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Materiales proporcionado por University College London . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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