Mejor respuesta
Una analogía. Un organismo vivo, ya sea una bacteria o una ameba / paramecio unicelular, o un complejo, vegetal o animal, tiene respectivamente células procariotas y eucariotas. Todos descomponen las fuentes de energía. Las bacterias, procariotas y eucariotas pueden lograr esto mediante la respiración anaeróbica, sin O2 como fuente de reducción. El oxígeno actúa como un «imán» que extrae electrones del metabolismo de la glucosa a través del ciclo de Krebs. Estos electrones ayudan a formar el enlace fosfato adicional que convierte el ADP (difosfato de adenosina) en ATP (trifosfato de adenosina). Los enlaces químicos tienen que ver con los electrones. Los electrones forman los enlaces entre los elementos. Cuando se forman estos enlaces, la energía se conserva, una rxn endotérmica, y retiene el potencial de romper y volver a liberar la energía almacenada. Cuando se libera la energía, a través de estos enlaces de electrones cortados, es un rxn exotérmico, mientras que el agua y el CO2 son subproductos. Toda esta química ocurre dentro de las células de los tejidos vivos. En las células animales, la glucosa, lactosa y otros azúcares son consumidos o reducidos por las vías químicas del oxígeno. Otros reductores, como el azufre, se utilizan principalmente en formas de bacterias.
Otro ejemplo de liberación de enlaces de electrones utilizando oxígeno es la combustión de enlaces carbono-carbono en azúcares, madera, carbón, subproductos del petróleo, etc. En efecto, la ruptura de los enlaces de carbono de los azúcares, dentro de las células, es una forma de combustión, una quemadura controlada por así decirlo. Solo digo.
Respuesta
La respiración celular no es necesaria. La fermentación es mucho más versátil, porque no depende de la presencia de oxígeno. Existen diferentes tipos de respiración, dependiendo de cuál sea el aceptor de electrones. Hoy en día, la respiración basada en oxígeno es más común, porque el oxígeno es casi omnipresente. La respiración es útil porque da mucho más rendimiento de la degradación del azúcar que la fermentación. La respiración está lejos de ser necesaria, pero cuando hay oxígeno presente, es la vía metabólica preferida.
La respiración a menudo se compara con la fotosíntesis, porque bajo las condiciones modernas, las óxicas cooperan íntimamente. Sin la fotosíntesis no habría fuente de hidrógeno, y sin la respiración la fotosíntesis consumiría todo el CO2, por lo que no habría ninguna fuente de carbono. Para ver qué es realmente más importante, deberíamos echar un vistazo a la evolución, para ver cuál fue el origen de los dos.
Hay dos creencias comunes sobre la vida temprana: que comenzó alrededor de respiraderos hidrotermales y que el primer oxígeno fue producido por cianobacterias. Es probable que ambas creencias estén equivocadas. Antes de que hubiera oxígeno en la atmósfera, el metabolismo energético no era ningún problema. El hidrógeno que brotaba del interior de la tierra llenó los océanos de hidrógeno. La combinación de hidrógeno y CO2, además del fosfato, fue la principal fuente de glucólisis y energía (al formar metano). Y en combinación con el amoníaco, que llenaba los océanos, las fuentes de ARN también estaban presentes. A pesar de que el hidrógeno (y el CO2) llegaron a través de conductos de ventilación, la vida podría haberse originado cerca de una fuente de fosfato.
El oxígeno probablemente se creó inicialmente a través de la pérdida de hidrógeno en el espacio. Cuando el agua se divide en la atmósfera superior, la pérdida de hidrógeno genera oxígeno. Este fue un verdadero desafío para la vida, porque el oxígeno destruyó el hidrógeno. La respiración fue la solución a este problema. La necesidad de la fotosíntesis solo surgió cuando el nivel de oxígeno se volvió lo suficientemente alto como para destruir demasiado hidrógeno.
El malentendido de que fueron las cianobacterias las que produjeron el primer oxígeno libre hace unos 2.300 millones de años se basa en una subestimación de pérdida de hidrógeno al espacio como fuente de oxígeno. Hoy sabemos que cada segundo se pierden 3 kg de hidrógeno en el espacio. Con esa velocidad se habrían necesitado 1.400 millones de años para llenar la atmósfera de oxígeno, por lo que es evidente que esta no es la única fuente de oxígeno atmosférico. En la década de 1970, algunos científicos argumentaron que la pérdida de hidrógeno es de 5 a 10 veces menor.
La idea de que la fotosíntesis debe haber sido la principal fuente de oxígeno también se hizo históricamente muy popular. Un problema con esta idea es que no era necesario en el momento en que el oxígeno comenzó a aparecer en la atmósfera. Antes del oxígeno libre había suficiente hidrógeno libre para la vida.
Sin ninguna razón natural para ello, James Lovelock en cooperación con Lynn Margulis propuso otra explicación teleogógica. En su opinión, Gaia controló la evolución e hizo que las cianobacterias crearan oxígeno, que mil millones de años más tarde resultó en un aumento del nivel de oxígeno que hizo de la vida multicelular una solución preferida. Por tanto, esta explicación no se basa en una necesidad inmediata, sino en una posibilidad en un futuro lejano. Aristóteles utilizó la teleología como una forma de explicar lo que era necesario cuando el objetivo final era crear humanos. Otra forma de ver esto es que la explicación de Lovelock / Margulis es holística, mientras que la mía es reduccionista.Margulis criticó el reduccionismo porque se basa enteramente en las leyes de la física y la química. En mi opinión, ese es el preámbulo de este punto de vista, que no se necesitan fuerzas mágicas para comprender la evolución, solo los mecanismos (neo) darwinianos.
Otro problema con la fotosíntesis antes del oxígeno atmosférico es la radiación UV. Solo las capas superiores de agua tenían suficiente luz disponible, pero antes de que se creara la capa de ozono, aquí había demasiada radiación ultravioleta dañina.
Aunque no había necesidad de una fuente de hidrógeno, la luz era una fuente de energía útil . Pero usar la energía en luz es mucho más fácil que usarla como fuente de hidrógeno. Por lo tanto, la primera fotoactividad se utilizó solo como una fuente de energía adicional para impulsar reacciones metabólicas, y se basó en la rodopsina membranosa. Este mecanismo evolucionó no por necesidad, sino como una fuente de energía extra oportunista.
Hay varias otras razones por las que la pérdida de hidrógeno es una idea mucho mejor para una fuente de oxígeno. La mayor parte del oxígeno libre se ha utilizado para oxidar carbono, nitrógeno, azufre y hierro. Si todo el oxígeno hubiera sido producido por fotosíntesis, entonces debería haber rastros de esta producción no solo durante los últimos 500 millones de años, sino durante los últimos 2 mil millones de años. Pero los depósitos de petróleo y carbón son todos de los últimos 500 millones de años. Y solo hay una producción neta de oxígeno cuando se entierra el material orgánico.
La cantidad de hierro oxidado muestra que se ha producido oxígeno por lo menos 200 veces la atmósfera actual, mientras que la cantidad de carbón y el aceite es mucho menor. Se ha demostrado que al menos 1/5 de los océanos han desaparecido debido a la pérdida de hidrógeno, que equivale a casi 300 veces la atmósfera actual de oxígeno. Eso significa que la pérdida de hidrógeno en el espacio ha sido mucho mayor que en la actualidad. Eso es bastante lógico. Mientras el nivel de oxígeno en la atmósfera se mantuvo en un nivel bajo (\%), la capa de oxígeno atómico estratosférico era mucho más delgada de lo que es hoy. De ese modo, el hidrógeno que se produjo al dividir el agua en la ionosfera podría pasar libremente al espacio.
La respiración es oportunista. Está creado para mejorar la eficiencia de producción de energía de los organismos. Las cadenas de transporte de electrones más largas y complejas dan el mayor rendimiento energético. La fotosíntesis está impulsada por la necesidad de hidrógeno. El rendimiento es menor cuanto más largas y complejas son las cadenas de transporte de electrones. La fotosíntesis se adaptó a un nuevo donante de electrones cuando el que tenía un menor potencial de reducción dejó de estar disponible debido a la oxidación.
Las formas oxidadas de azufre (S) estuvieron disponibles cuando el oxígeno oxidó la variante reducida (H2S). De manera similar, el hierro oxidado se volvió sucesivamente disponible. De ese modo, tanto la respiración como la fotosíntesis podrían construirse sucesivamente, pero primero la respiración. Incluso hoy podemos ver en la respiración oxidativa cómo el hierro fue una vez el punto terminal. Hoy es una etapa intermedia. Los mecanismos que se utilizan en la respiración fueron heredados por los organismos fotosintetizadores.
Hoy en día es muy fácil encontrar ejemplos de organismos que respiran, porque casi todos los organismos que existen en condiciones óxicas están respirando. Eso incluye a todos los animales, pero también a todas las plantas. La fotosíntesis es el principal metabolismo durante el día, pero no tiene ningún efecto durante las noches.
Se cree que los organismos de un solo compartimento que existían antes de los primeros eucariotas, es decir, antes de hace 2.700 millones de años, son diferentes. tipos de bacterias. Las hipótesis han afirmado que la bacteria con el metabolismo energético más complejo, las cianobacterias, se originó hace 2.700 millones de años. Y se ha afirmado que los organismos más simples son bacterias de 3.600 millones de años. Pero estos organismos fueron más bien los precursores de los eucariotas, el mundo de ARN «karyon». Las bacterias fueron creadas mucho más tarde, por los eucariotas, cuando crearon orgánulos estacionarios y de conmutación. Algunas de estas últimas se convirtieron en bacterias cuando su hospedador se extinguió. He mostrado con más detalle cómo tuvo lugar la transición del mundo del ARN a los eucariotas.