La enzima nitrogenasa se remonta al ancestro común universal de todas las células hace más de cuatro mil millones de años.

Encontrado solo en bacterias hoy en día, No obstante, la nitrogenasa es esencial para la producción de oxígeno a partir del agua en la fotosíntesis. haciéndolo 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 oxigeno, pero esto cambió cuando las cianobacterias, también conocidas como algas verdiazules, comenzó a producir el primer oxígeno usando nitrogenasa. Esto condujo al Gran Evento de Oxidación, "explicó el autor del estudio, el profesor John Allen (UCL Genetics, Evolución y Medio Ambiente).

"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%. Los científicos han debatido durante mucho tiempo las razones de esto y creemos que finalmente hemos encontrado una respuesta simple pero sólida ".

Un estudio, publicado hoy en Tendencias en ciencias de las plantas por investigadores de la UCL, Universidad Queen Mary de Londres y Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, propone por primera vez que el oxígeno atmosférico producido mediante la 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.

Durando casi dos mil millones de años, el Proterozoico Eón vio muy pocos cambios en la evolución de la vida, la composición y el clima de los océanos y la atmósfera, lo que lleva 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 iones metálicos, pero notablemente, el papel clave de la nitrogenasa se ha pasado por alto por completo, ", dijo el coautor del estudio, el 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 fue capaz de elevarse a los niveles que vemos hoy". alimentando 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, los niveles de oxígeno ya estaban aumentando a partir de la fotosíntesis en las 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 2% por volumen, ya que la enzima es rápidamente destruida por el oxígeno. A pesar de que esto es conocido por los biólogos, no se ha sugerido como impulsor de uno de los grandes misterios de la Tierra, hasta ahora."