El origen del oxígeno atmosférico en la Tierra: La innovación de la fotosíntesis oxigénica

La evolución de las cianobacterias productoras de O(2) que utilizan agua como agente reductor terminal transformó la atmósfera de la Tierra en una adecuada para la evolución del metabolismo aeróbico y la vida compleja. La innovación de la oxidación del agua liberó a la fotosíntesis para invadir nuevos entornos y cambió visiblemente el rostro de la Tierra. Ofrecemos una nueva hipótesis sobre cómo evolucionó este proceso, que identifica dos roles críticos para el dióxido de carbono en el período Arqueano. Primero, presentamos un análisis termodinámico que muestra que el bicarbonato (formado por la disolución de CO(2)) es un sustrato alternativo más eficiente que el agua para la producción de O(2) por fotótrofos oxigénicos. Este análisis clarifica el origen del debatido "efecto bicarbonato" sobre la producción fotosintética de O(2). Proponemos que el bicarbonato fue el agente reductor preferido termodinámicamente antes que el agua en la evolución de la fotosíntesis oxigénica. En segundo lugar, hemos examinado la especiación de manganeso(II) y bicarbonato en agua, y encontramos que forman clústeres de Mn-bicarbonato como la especie principal bajo condiciones que modelan la química del mar Arqueano. Se ha encontrado que estos clústeres son precursores muy eficientes para el ensamblaje del núcleo de óxido de tetramanganeso de la enzima que oxida agua durante la biogénesis. Mostramos que estos clústeres pueden ser oxidados a potenciales electroquímicos que son accesibles para fotótrofos anoxigénicos y, por lo tanto, son los bloques de construcción más probables para el ensamblaje del primer centro de fotoreacción que evoluciona O(2), proveniente probablemente de bacterias verdes no sulfurosas antes de la evolución de las cianobacterias.