fotosintesi e respirazione… chi è comparso per primo?
E’ largamente accettato che l’atmosfera terrestre quando è comparsa la vita sulla terra avesse concentrazioni di ossigeno molto basse, largamente inferiori all’1% dell’attuale concentrazione (Holland, 1994). Queste concentrazioni non sarebbero di certo sufficienti a far avvenire la respirazione cellulare. Questo argomento infatti ha supportato per lungo tempo l’ipotesi che la fotosintesi fosse comparsa per prima e che fossero stati necessari diverse migliaia di anni prima che si accumulasse ossigeno a sufficienza e comparisse il metabolismo ossidativo.
Tuttavia una reinterpetazione dei dati geologici, incluso lo studio di fossili trovati al di sotto di profondi strati di sedimenti e lo studio dello stato di ossidazione del ferro trovato all’interno di rocce dell’Archeano, ha riaperto la questione riguardo alla concentrazione di ossigeno nell’atmosfera primordiale, portando alla proposta che concentrazioni pari all’1-2% della concentrazione attuale di ossigeno fossero comuni (Towe ,1990, 1994, 1996; Ohmoto 1996, 1997). E’ inoltre verosimile che la presenza di venti idrotermali sottomarini rendesse disponibili molecole inorganiche ridotte quali H2S, H2, CO e NH4. Tutto questo avrebbe potuto sostenere varie forme di respirazione aerobica ed anaerobica.
In ogni caso, qualsiasi forma di respirazione richiede, come abbiamo visto insieme in classe, la presenza di una membrana ben formata e quella di una valvola in grado di sfruttare l’energia (proprio come l’ATP sintasi). E’ pertanto più che verosimile che all’inizio esistessero delle forme di fermentazione e che solo in un secondo momento siano comparsi fotosintesi e respirazione. Chi per primo?
Il ritrovamento di fossili datati 3500 milioni di anni fa che sembravano attestare la presenza di antichi cianobatteri, ha supportato l’ipotesi che delle forme primitive di fotosintesi fossero comparse per prime (Cavalier-Smith, 2001). Tuttavia questi fossili sono stati più recentemente interpretati come artefatti generatisi da grafite amorfa, riportando così la questione “fotosintesi o respirazione” al punto di partenza (Brasier et al., 2002).
Studi di filogenesi molecolare dei complessi responsabili per la fotosintesi e la respirazione sembrerebbero supportare l’ipotesi che la respirazione sia più antica (Castresana, 2001). In particolare la fotosintesi non ossigenica, che necessita di un solo fotosistema, sembra essere comparsa più volte nella storia evolutiva e sembra anche che in molti casi sia stata persa, mentre la comparsa della fotosintesi ossigenica che usa due fotosistemi in sequenza sembra essere comparsa molto tardi e dopo la respirazione.
riassumendo:
- per primi sarebbero arrivati glicolisi e fermentazione
- rimane forse da stabilire quale fosse la concentrazione di ossigeno nell’atmosfera terrestre prima dell’evoluzione della fotosintesi ossigenica
- la presenza di fossili, la cui interpretazione non ha ancora messo d’accordo il mondo scientifico, potrebbe contribuire a supportare l’ipotesi che la fotosintesi, in una forma molto semplice, sia emersa per prima
- studi di filogenesi molecolare supportano al momento l’ipotesi che la respirazione sia comparsa prima della fotosintesi, o almeno prima della fotosintesi ossigenica
fonte principale di quanto riportato: “The Purple Phototrophic Bacteria” By C. Neil Hunter, Fevzi Daldal, Marion C. Thurnauer
spero che ci siano tanti fra quelli che leggono che vorranno contribuire a correggere quanto ho scritto qualora ravvisassero errori e soprattutto che vorranno contribuire a ravvivare questo dibattito ancora aperto 🙂