Los cloroplastos y las mitocondrias son las partes de las células vegetales que tienen su propio ADN y dedican su tiempo a recolectar luz para crear la base completa de la vida en la Tierra. Witthaya Prasongsin / Getty Images Probablemente no aprecies lo suficiente las plantas. Está bien, ninguno de nosotros lo hace. Dado que las plantas han sido los actor principal en la enrevesada telenovela de la vida que nos llevó a este planeta, deberíamos estar agradeciendo a nuestros frondosos amigos todos los días por nuestra existencia.
Honestamente, toda la historia es tan enredada y complicada, es posible que nunca sepamos la verdad sobre cómo nuestros antepasados verdes permitieron que todos los demás evolucionaran, pero un aspecto de la historia ciertamente involucra la fotosíntesis:la capacidad de una planta para producir su propio alimento a partir de la luz solar.
"Una excelente manera de apreciar la fotosíntesis es comparar la atmósfera de la Tierra con la de nuestros planetas 'hermanos', "dice Gregory Schmidt, profesor emérito del Departamento de Biología Vegetal de la Universidad de Georgia. "Lo más probable es que los tres planetas fueran similares cuando se formaron y se enfriaron, pero las atmósferas de Venus y Marte tienen un 95 por ciento de dióxido de carbono (CO2), 2,7 por ciento de nitrógeno (N2) y 0,13 por ciento de oxígeno (O2). El aire de la Tierra es 77 por ciento de N2, 21 por ciento de O2 y 0,41 por ciento de CO2, aunque ese número está aumentando. Eso significa que hay 800 gigatoneladas de dióxido de carbono en nuestra atmósfera, pero hay otros 10, 000 gigatoneladas - 10, 000, 000, 000 toneladas - desaparecidas o enterradas en forma de piedra caliza fósil, carbón y petróleo."
En otras palabras, El carbono se ha sacado de contrabando de la atmósfera y se ha introducido en la corteza terrestre durante miles de millones de años. que es la única razón por la que este planeta es habitable por organismos multicelulares.
"Entonces, ¿Cómo ocurrió ese dramático cambio atmosférico para la Tierra? ", pregunta Schmidt." Solo hay una respuesta, y es bastante simple:fotosíntesis, el factor más sorprendente en la evolución de la Tierra ".
FOTOSÍNTESIS, amigos. Alrededor de mil millones de años después de la formación de la Tierra, apareció la vida, probablemente primero como algunas bacterias anaeróbicas, sorbiendo el azufre y el hidrógeno que salían de los respiraderos hidrotermales. Ahora tenemos jirafas. Pero hubo 10, 000 gigatoneladas de pasos en el camino entre las primeras bacterias y las jirafas:esas bacterias antiguas tuvieron que encontrar un medio para encontrar nuevos respiraderos hidrotermales, que condujo al desarrollo de un pigmento termosensible llamado bacterioclorofila, que algunas bacterias todavía utilizan para detectar la señal infrarroja generada por el calor. Estas bacterias fueron los progenitores de descendientes que podrían producir clorofila, un pigmento que fue capaz de capturar más corto, longitudes de onda de luz más energéticas del sol y utilícelas como fuente de energía.
Entonces, en esencia, estas bacterias crearon un medio para capturar la energía de la luz solar. El siguiente salto evolutivo requirió encontrar un medio de almacenamiento de energía estable, creando una especie de batería de luz solar que alentara a los protones a acumularse en un lado de sus membranas internas frente al otro.
La verdadera maravilla de la evolución de las plantas y las algas es el hecho de que, en algún momento, estas antiguas bacterias productoras de clorofila comenzaron a generar oxígeno. Después de todo, hace miles de millones de años, en realidad había muy poco oxígeno en la atmósfera, y fue tóxico para muchas bacterias tempranas (todavía es tóxico para las bacterias anaeróbicas que permanecen en los lugares libres de oxígeno en la Tierra). Sin embargo, el nuevo proceso de captura y almacenamiento de la luz solar requirió que las bacterias participantes quemar agua . Sí, quemaron esas cosas que usan los bomberos para apagar incendios.
El proceso de combustión es solo oxidación:la extracción de electrones de un átomo y la transferencia de esos electrones a otro (lo que se llama reducción). Las primeras bacterias fotosintéticas desarrollaron una forma de capturar fotones, básicamente partículas de luz, y usar su energía para despojar al agua de muchos de sus protones y electrones para usarlos en la producción de energía.
El Avance de los avances que ocurrió hace 3.000 millones de años fue cuando la maquinaria fotosintética se perfeccionó hasta el punto de que la clorofila pudo dividir dos moléculas de agua al mismo tiempo; en estos días lo llamamos un "grupo fotosistema II de clorofila-proteína".
Las cianobacterias evolucionaron una vez que estas bacterias fotosintéticas descubrieron cómo quemar agua y almacenar la energía de esa reacción química. En la fotosíntesis, El fotosistema II (quema de agua) realmente no se puede sostener sin la segunda etapa, Fotosistema I, lo que implica tomar los electrones extraídos de las moléculas de agua en el primer paso y hacer uso de ellos antes de que se descompongan. El fotosistema I hace esto pegando estos electrones en una línea de ensamblaje químico para que el organismo pueda retener esa energía ganada con tanto esfuerzo. que luego se usa para convertir CO2 en azúcar para que las bacterias lo usen como alimento.
Una vez que se resolvieron los Fotosistemas I y II, las cianobacterias se apoderaron de los océanos, y porque el oxígeno era su producto de desecho, llegó a ser abundante en la atmósfera terrestre. Como resultado, muchas bacterias se volvieron aeróbicas, es decir, necesitaban (o al menos lo toleraban) oxígeno para sus procesos metabólicos. Aproximadamente mil millones de años después, los protozoos evolucionaron como anaerobios (un organismo que no necesita oxígeno para crecer) devorando presas bacterianas aeróbicas. Al menos una vez, la bacteria no fue completamente digerida, pero se quedó dentro de la célula y terminó ayudando al organismo anaeróbico intolerante al oxígeno a hacer frente al entorno aeróbico. Estos dos organismos se pegaron, y, finalmente, el organismo presa evolucionó hasta convertirse en un orgánulo celular llamado mitocondrias.
Un escenario similar ocurrió con las cianobacterias hace alrededor de mil millones de años. En este caso, un protozoo aeróbico probablemente engulló una cianobacteria, que terminó instalándose dentro de su anfitrión, resultando en un pequeño, orgánulo unido a la membrana común a todas las plantas:los cloroplastos.
A medida que las algas y las plantas multicelulares evolucionaron y se beneficiaron de la abundancia de CO2 y el aumento de oxígeno en la atmósfera terrestre, los cloroplastos se convirtieron en el lugar donde la fotosíntesis - Fotosistema I, II y cosas aún más complicadas - bajó en cada celda. Al igual que las mitocondrias, tienen su propio ADN y dedican su tiempo a recolectar luz para la planta, creando la base completa para la vida en la Tierra.
Eso es interesanteLa primera edad de hielo de la Tierra fue probablemente el resultado de que las cianobacterias produjeran tanto oxígeno y absorbieran tanto carbono en la atmósfera que las temperaturas se desplomaron.
