Los microbios podrían haber realizado la fotosíntesis productora de oxígeno al menos mil millones de años antes en la historia de la Tierra de lo que se pensaba.

El hallazgo podría cambiar las ideas sobre cómo y cuándo evolucionó la vida compleja en la Tierra, y la probabilidad de que evolucione en otros planetas.

El oxígeno en la atmósfera de la Tierra es necesario para formas de vida complejas, que lo utilizan durante la respiración aeróbica para producir energía.

Los niveles de oxígeno aumentaron drásticamente en la atmósfera hace unos 2.400 millones de años. pero se ha debatido por qué sucedió entonces. Algunos científicos piensan que hace 2.400 millones de años fue cuando los organismos llamados cianobacterias evolucionaron por primera vez, que podría realizar la fotosíntesis productora de oxígeno (oxigenada).

Otros científicos piensan que las cianobacterias evolucionaron mucho antes de hace 2.400 millones de años, pero algo impidió que el oxígeno se acumulara en el aire.

Las cianobacterias realizan una forma relativamente sofisticada de fotosíntesis oxigenada, el mismo tipo de fotosíntesis que realizan todas las plantas en la actualidad. Por lo tanto, se ha sugerido que formas más simples de fotosíntesis oxigenada podrían haber existido antes, antes de las cianobacterias, conduciendo a bajos niveles de oxígeno disponibles para la vida.

Ahora, Un equipo de investigación dirigido por el Imperial College de Londres descubrió que la fotosíntesis oxigenada surgió al menos mil millones de años antes de que evolucionaran las cianobacterias. Sus resultados, publicado en la revista Geobiología , muestran que la fotosíntesis oxigénica podría haber evolucionado muy temprano en los 4.500 millones de años de historia de la Tierra.

El autor principal, el Dr. Tanai Cardona, del Departamento de Ciencias de la Vida en Imperial, dijo:"Sabemos que las cianobacterias son muy antiguas, pero no sabemos exactamente qué tan antiguo. Si las cianobacterias son, por ejemplo, 2.500 millones de años, lo que significaría que la fotosíntesis oxigénica podría haber comenzado hace 3.500 millones de años. Sugiere que puede que no se necesiten miles de millones de años para que un proceso como la fotosíntesis oxigénica comience después del origen de la vida ".

Si la fotosíntesis oxigénica evolucionó temprano, podría significar que es un proceso relativamente simple de evolucionar. La probabilidad de que surja vida compleja en un exoplaneta distante puede ser bastante alta.

Es difícil para los científicos averiguar cuándo evolucionaron los primeros productores de oxígeno utilizando el registro de rocas en la Tierra. Cuanto más viejas las rocas, cuanto más raros son, y más difícil es probar de manera concluyente que los microbios fósiles encontrados en estas rocas antiguas usaban o producían cualquier cantidad de oxígeno.

En lugar de, el equipo investigó la evolución de dos de las principales proteínas implicadas en la fotosíntesis oxigénica.

En la primera etapa de la fotosíntesis, las cianobacterias utilizan energía luminosa para dividir el agua en protones, electrones y oxígeno con la ayuda de un complejo de proteínas llamado Fotosistema II.

El fotosistema II está formado por dos proteínas llamadas D1 y D2. Originalmente, las dos proteínas eran iguales, pero aunque tienen estructuras muy similares, sus secuencias genéticas subyacentes ahora son diferentes.

Esto muestra que D1 y D2 han evolucionado por separado:en las cianobacterias y las plantas, solo comparten el 30 por ciento de su secuencia genética. Incluso en su forma original, D1 y D2 habrían podido realizar la fotosíntesis oxigenada, por lo que saber cuánto tiempo hace que eran idénticos podría revelar cuándo evolucionó esta habilidad por primera vez.

Para averiguar la diferencia de tiempo entre D1 y D2 siendo 100 por ciento idénticos, y siendo solo el 30 por ciento iguales en cianobacterias y plantas, el equipo determinó qué tan rápido cambiaban las proteínas:su tasa de evolución.

Usando métodos estadísticos poderosos y eventos conocidos en la evolución de la fotosíntesis, determinaron que las proteínas D1 y D2 en el Fotosistema II evolucionaron extremadamente lentamente, incluso más lento que algunas de las proteínas más antiguas de la biología que se cree que se encuentran en las formas de vida más antiguas.

De esto, calcularon que el tiempo entre las proteínas D1 y D2 idénticas y el 30 por ciento de versiones similares en cianobacterias y plantas es de al menos mil millones de años, y podría ser más que eso.

El Dr. Cardona dijo:"Por lo general, la aparición de fotosíntesis oxigenada y cianobacterias se considera lo mismo. Entonces, para averiguar cuándo se estaba produciendo oxígeno por primera vez, los investigadores han tratado de averiguar cuándo evolucionaron las cianobacterias por primera vez.

Nuestro estudio, en cambio, muestra que la fotosíntesis oxigenada probablemente comenzó mucho antes de que surgiera el antepasado más reciente de las cianobacterias. Esto está de acuerdo con los datos geológicos actuales que sugieren que las bocanadas de oxígeno o acumulaciones localizadas de oxígeno eran posibles antes de hace tres mil millones de años.

"Por lo tanto, el origen de la fotosíntesis oxigenada y el antepasado de las cianobacterias no representan lo mismo. Podría haber una brecha de tiempo muy grande entre uno y otro. Es un cambio masivo de perspectiva ".

Ahora, el equipo está tratando de recrear cómo se veía el fotosistema antes de que D1 y D2 evolucionaran en primer lugar. Usando la variación conocida en los códigos genéticos del fotosistema en todas las especies vivas en la actualidad, están tratando de reconstruir el código genético del fotosistema ancestral.