Meilleure réponse
Une analogie. Un organisme vivant, quil sagisse dune bactérie ou dune amibe / paramécie unicellulaire, ou dun complexe, végétal ou animal, possède respectivement des cellules procaryotes et eucaryotes. Ils décomposent tous les sources dénergie. Les bactéries, procaryotes et eucaryotes peuvent accomplir cela via la respiration anaérobie, sans O2 comme source de réduction. L’oxygène agit comme un «aimant» attirant les électrons du métabolisme du glucose tout au long du cycle de Krebs. Ces électrons aident à former la liaison phosphate supplémentaire convertissant lADP (adénosine diphosphate) en ATP (adénosine triphosphate). Les liaisons chimiques ne concernent que les électrons. Les électrons forment les liaisons entre les éléments. Lorsque ces liaisons se forment, lénergie est conservée, un rxn endothermique, et conserve le potentiel de rompre et de relâcher lénergie stockée. Lorsque lénergie est libérée, via ces liaisons électroniques rompues, il sagit dun rxn exothermique, alors que leau et le CO2 sont des sous-produits. Toute cette chimie se produit dans les cellules des tissus vivants. Dans les cellules animales, le glucose, le lactose et dautres sucres sont consommés ou réduits par les voies chimiques de loxygène. Dautres réducteurs, comme le soufre, sont principalement utilisés par des formes de bactéries.
Un autre exemple de libération de liaisons électroniques utilisant loxygène est la combustion de liaisons carbone-carbone dans les sucres, le bois, le charbon, les sous-produits pétroliers, etc. En effet, la rupture des liaisons carbone des sucres, au sein des cellules, est une forme de combustion, une brûlure contrôlée si vous voulez. Juste dire.
Réponse
La respiration cellulaire nest pas nécessaire. La fermentation est beaucoup plus polyvalente, car elle ne dépend pas de la présence doxygène. Il existe différents types de respiration, en fonction de laccepteur délectrons. Aujourdhui, la respiration à base doxygène est la plus courante, car loxygène est presque omniprésent. La respiration est utile car elle donne beaucoup plus de rendement de la dégradation du sucre que la fermentation. La respiration est loin dêtre nécessaire, mais lorsque loxygène est présent, cest la voie métabolique préférée.
La respiration est souvent comparée à la photosynthèse, car dans les conditions oxiques modernes, elles coopèrent intimement. Sans photosynthèse, il ny aurait pas de source dhydrogène, et sans respiration, la photosynthèse consommerait tout le CO2, il ny aurait donc aucune source de carbone. Pour voir ce qui est vraiment le plus important, nous devrions jeter un coup dœil à lévolution, pour voir quelle était lorigine des deux.
Il y a deux croyances communes à propos du début de la vie: quelle a commencé autour des évents hydrothermaux et que le premier oxygène a été produit par des cyanobactéries. Ces deux croyances sont probablement fausses. Avant quil y ait de loxygène dans latmosphère, le métabolisme énergétique ne posait aucun problème. Lhydrogène qui coulait de la terre intérieure remplissait les océans dhydrogène. La combinaison dhydrogène et de CO2 en plus du phosphate était la principale source de glycolyse et dénergie (en formant du méthane). Et en combinaison avec lammoniac, qui remplissait les océans, les sources dARN étaient également en place. Même si lhydrogène (et le CO2) passaient par les évents, la vie aurait plutôt pu provenir dune source de phosphate.
Loxygène a probablement été initialement créé par la perte dhydrogène dans lespace. Lorsque leau est divisée dans la haute atmosphère, la perte dhydrogène crée de loxygène. Cétait un véritable défi pour la vie, car loxygène détruisait lhydrogène. La respiration était la solution à ce problème. Le besoin de photosynthèse nest venu que lorsque le niveau doxygène est devenu suffisamment élevé pour détruire trop dhydrogène.
Le malentendu selon lequel ce sont les cyanobactéries qui ont produit le premier oxygène libre il y a environ 2,3 milliards dannées est basé sur une sous-estimation de perte dhydrogène dans lespace comme source doxygène. Aujourdhui, nous savons que 3 kg dhydrogène sont perdus dans lespace chaque seconde. Avec cette vitesse, 1,4 milliard dannées auraient été nécessaires pour remplir latmosphère doxygène, il est donc évident que ce nest pas la seule source doxygène atmosphérique. Dans les années 1970, certains scientifiques affirmaient que la perte dhydrogène était 5 à 10 fois plus petite.
Lidée que la photosynthèse devait être la principale source doxygène est également devenue historiquement très populaire. Un problème avec cette idée est quelle nétait pas nécessaire au moment où loxygène a commencé à apparaître dans latmosphère. Avant loxygène libre, il y avait suffisamment dhydrogène libre pour la vie.
Sans aucune raison naturelle pour cela, James Lovelock en coopération avec Lynn Margulis a proposé une autre explication téléogique. Selon eux, Gaia contrôlait lévolution et faisait que les cyanobactéries créent de loxygène, ce qui, 1 milliard dannées plus tard, a entraîné une augmentation du niveau doxygène qui a fait de la vie multicellulaire une solution préférée. Cette explication nest donc pas basée sur un besoin immédiat, mais sur une possibilité dans un futur lointain. Aristote a utilisé la téléologie pour expliquer ce qui était nécessaire lorsque lobjectif final était de créer des humains. Une autre façon de voir cela est que lexplication Lovelock / Margulis est holistique, tandis que la mienne est réductrice.Margulis a critiqué le réductionnisme parce quil est entièrement basé sur les lois de la physique et de la chimie. À mon avis, cest le préjugé de cette vision, quaucune force magique nest nécessaire pour comprendre lévolution, seulement les mécanismes (néo-) darwiniens.
Un autre problème de la photosynthèse avant loxygène atmosphérique est le rayonnement UV. Seules les couches supérieures de leau disposaient de suffisamment de lumière, mais avant la création de la couche dozone, il y avait ici trop de rayons UV dommageables.
Même sil ny avait pas besoin dune source dhydrogène, la lumière était une source dénergie utile . Mais utiliser lénergie de la lumière est beaucoup plus facile que de lutiliser comme source dhydrogène. La première photo-activité a donc été utilisée comme source dénergie supplémentaire pour déclencher des réactions métaboliques, et elle était basée sur la rhodopsine membraneuse. Ce mécanisme na pas évolué par nécessité, mais comme une source dénergie supplémentaire opportuniste.
Il y a plusieurs autres raisons pour lesquelles la perte dhydrogène est une bien meilleure idée pour une source doxygène. La plupart de loxygène libre a été utilisé pour oxyder le carbone, lazote, le soufre et le fer. Si tout loxygène avait été produit par photosynthèse, alors il aurait dû y avoir des traces de cette production non seulement au cours des 500 derniers millions dannées, mais aussi des 2 derniers milliards dannées. Mais les gisements de pétrole et de charbon datent tous des 500 derniers millions dannées. Et il ny a quune production nette doxygène lorsque la matière organique est enterrée.
La quantité de fer oxydé montre que de loxygène représentant au moins 200 fois latmosphère actuelle a été produit, tandis que la quantité de charbon et le pétrole est beaucoup moins. Il a été démontré quau moins 1/5 des océans ont disparu en raison de la perte dhydrogène, qui représente près de 300 fois latmosphère doxygène actuelle. Cela signifie que la perte dhydrogène dans lespace a été beaucoup plus élevée quaujourdhui. Cest assez logique. Tant que le niveau doxygène dans latmosphère était maintenu à un niveau bas (\%), la couche doxygène atomique stratosphérique était beaucoup plus mince quelle ne lest aujourdhui. Ainsi, lhydrogène produit par la division de leau dans lionosphère pouvait passer librement dans lespace.
La respiration est opportuniste. Il est créé pour améliorer lefficacité de la production dénergie des organismes. Les chaînes de transport délectrons les plus longues et les plus complexes donnent le rendement énergétique le plus élevé. La photosynthèse est motivée par un besoin dhydrogène. Le rendement est dautant plus faible que les chaînes de transport délectrons sont longues et complexes. La photosynthèse sest adaptée à un nouveau donneur délectrons lorsque celui avec un potentiel de réduction inférieur est devenu indisponible en raison de loxydation.
Les formes oxydées de soufre (S) sont devenues disponibles lorsque loxygène a oxydé la variante réduite (H2S). De la même manière, le fer oxydé est devenu successivement disponible. Ainsi, la respiration et la photosynthèse pourraient être construites successivement, mais la respiration dabord. Même aujourdhui, nous pouvons voir dans la respiration oxydative comment le fer était autrefois le point terminal. Aujourdhui, cest une étape intermédiaire. Les mécanismes utilisés dans la respiration ont été hérités par les organismes photosynthétiques.
Aujourdhui, il est très facile de trouver des exemples dorganismes respirant, car presque tous les organismes qui existent dans des conditions oxiques respirent. Cela inclut tous les animaux, mais aussi toutes les plantes. La photosynthèse est le principal métabolisme pendant la journée, mais na aucun effet pendant la nuit.
Les organismes à compartiment unique qui existaient avant les premiers eucaryotes, cest-à-dire avant il y a 2,7 milliards dannées, ont été considérés comme différents types de bactéries. Des hypothèses ont affirmé que la bactérie ayant le métabolisme énergétique le plus complexe, les cyanobactéries, est née il y a 2,7 milliards dannées. Et les organismes plus simples auraient été des bactéries âgées de 3,6 milliards dannées. Mais ces organismes étaient plutôt les précurseurs des eucaryotes, les ARN du monde «karyon». Les bactéries ont été créées beaucoup plus tard, par les eucaryotes, lorsquelles ont créé des organites stationnaires et de déplacement. Certains de ces derniers sont devenus des bactéries lorsque leur hôte sest éteint. Jai montré plus en détail comment la transition du monde de lARN aux eucaryotes sest déroulée.