Pregunta llarga 1 · Biología I UB 2022

Descriu quines eren les característiques ambientals i biològiques de la vida prèvia a l'aparició de la fotosíntesi oxigènica i com es va produir el sorgiment d'aquest metabolisme i el seu impacte global.

Solución: Abans de l'emergència de la fotosíntesi oxigènica: - Entorn abiòtic: l'atmosfera terrestre era marcadament reductora o anòxica (rica en $\mathrm{N_2}$, $\mathrm{CO_2}$, $\mathrm{CH_4}$, $\mathrm{H_2O}$ i gasos volcànics com $\mathrm{H_2S}$, sense presència apreciable d'$\mathrm{O_2}$ lliure ni capa d'ozó protectora). - Metabolisme primerenc: els organismes eren procariotes anaerobis, inicialment heteròtrofs o quimiolitoautòtrofs que utilitzaven compostos inorgànics reduïts (com $\mathrm{Fe^{2+}}$, $\mathrm{H_2S}$, $\mathrm{H_2}$) com a donadors d'electrons, així com fotosintetitzadors anoxigènics (com els bacteris verds i porpres del sofre) que empraven $\mathrm{H_2S}$ en lloc d'aigua. - Sorgiment de la fotosíntesi oxigènica: es va originar en els avantpassats dels cianobacteris fa aproximadament entre 2.700 i 2.400 milions d'anys. La innovació clau va ser l'acoblament de dos fotosistemes en sèrie i la integració del complex enzimàtic per escindir l'aigua ($2\,\mathrm{H_2O} \rightarrow 4\,\mathrm{H^+} + 4\,\mathrm{e^-} + \mathrm{O_2}$). Aquest fet va atorgar un avantatge immens, ja que l'aigua és pràcticament inesgotable comparada amb l'$\mathrm{H_2S}$. - Conseqüències biosfèriques: la producció d'oxigen va precipitar el ferro oceànic (bandes de ferro laminat) i, quan es va saturar aquest dipòsit, es va produir la Gran Oxidació (fa ~2.400 Ma). Això va causar la primera gran extinció massiva de bacteris anaerobis estrictes, el sorgiment del metabolisme aerobi (alt rendiment energètic d'ATP), la formació de la capa d'ozó ($\mathrm{O_3}$) i condicions adequades per a l'origen de la cèl·lula eucariota.