A origem do oxigênio atmosférico na Terra: A inovação da fotossíntese oxigênica

A evolução das cianobactérias produtoras de O(2) que usam água como redutor terminal transformou a atmosfera da Terra em uma adequada para a evolução do metabolismo aeróbico e da vida complexa. A inovação da oxidação da água liberou a fotossíntese para invadir novos ambientes e mudou visivelmente a face da Terra. Apresentamos uma nova hipótese sobre como esse processo evoluiu, que identifica dois papéis críticos para o dióxido de carbono no período Arqueano. Primeiro, apresentamos uma análise termodinâmica mostrando que o bicarbonato (formado pela dissolução de CO(2)) é um substrato alternativo mais eficiente do que a água para a produção de O(2) por fototrófos oxigênicos. Essa análise esclarece a origem do "efeito do bicarbonato" há muito debatido na produção fotossintética de O(2). Propomos que o bicarbonato foi o redutor termodinamicamente preferido antes da água na evolução da fotossíntese oxigênica. Em segundo lugar, examinamos a especiação de manganês(II) e bicarbonato na água e encontramos que eles formam clusters de Mn-bicarbonato como as principais espécies sob condições que modelam a química do mar Arqueano. Esses clusters foram considerados precursores altamente eficientes para a montagem do núcleo de óxido de tetramanganês da enzima oxidante da água durante a biogênese. Mostramos que esses clusters podem ser oxidados em potenciais eletroquímicos acessíveis a fototrófos anoxigênicos e, assim, os blocos de construção mais prováveis para a montagem do primeiro centro de fotoreação evolvendo O(2), provavelmente originários de bactérias verdes não enxofradas antes da evolução das cianobactérias.