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Vida y obra de una molécula de oxígeno


El oxígeno (O2) constituye aproximadamente el 21% de la atmósfera terrestre, pero esto no ha sido siempre así: la atmósfera primitiva de la Tierra contenía solo pequeñas cantidades de este compuesto, probablemente como resultado de la reacción de la luz solar con el vapor de agua procedente de los volcanes. Solo se podía encontrar oxígeno en las moléculas de agua (H2O) o unidas al hierro formando óxidos, pero nunca de forma libre. La atmósfera rica en oxígeno de nuestros días (eón arriba, eón abajo) es la consecuencia de uno de los desastres climáticos más mortales de la historia de nuestro planeta.



Hace unos 2,5 millones de años la Tierra era muy diferente: no había plantas verdes ni, por supuesto, animales o insectos. Las únicas formas de vida eran bacterianas y vivían verdaderamente a la antigua usanza, es decir, en condiciones anaerobias. Estos primitivos organismos prosperaron en ausencia de oxígeno, confiando en el azufre para sus necesidades energéticas. En estas condiciones, el hierro es capaz de disolverse en agua, lo que resultó en océanos ricos en este elemento.


Aspecto de la Tierra en el eón Arcaico, antes de que la
atmósfera tuviera oxígeno libre.

Pero entonces entraron en escena las cianobacterias, unas bacterias capaces de realizar fotosíntesis: con la ayuda de la luz solar, agua y dióxido de carbono (CO2), obtenían energía en forma de hidratos de carbono y, sí, oxígeno como producto de desecho. Mientras se producían las primeras moléculas de oxígeno libre a través de la fotosíntesis de las cianobacterias, eran absorbidas por el hierro disuelto en los océanos, formándose óxidos de hierro (Fe2O3 y Fe3O4), que se depositaron en forma de rocas en el fondo del océano, confiriéndole un color rojo oscuro. Cuando ya no quedó más hierro que pudiera reaccionar con el oxígeno para formar óxidos, el oxígeno empezó a acumularse en la atmósfera. El intervalo de tiempo entre la aparición de las cianobacterias y la oxigenación real de la atmósfera es conocido como la Gran Oxidación.


Cianobacterias, también conocidas como algas verdeazuladas.


El oxígeno liberado a la atmósfera era tóxico para los organismos anaerobios y las concentraciones crecientes pudieron haber acabado con la mayor parte de los habitantes de aquella Tierra. Si bien no desaparecieron, fueron relegados a ambientes con poco oxígeno como el fondo del océano y dejaron de ser la forma de vida dominante. Las cianobacterias fueron, por tanto, las responsables de una de las extinciones más significativas en la historia de la Tierra.

Con el tiempo, los organismos empezaron a evolucionar y a consumir oxígeno, convirtiéndose en aeróbicos y desde entonces el oxígeno libre ha sido un componente importante de la atmósfera. Y no solo para formas de vida microscópicas, también para nosotros porque cuando respiramos, el oxígeno atmosférico entra en nuestros cuerpos.

Cuando respiramos, el aire pasa a través de la laringe y la tráquea hacia los pulmones, donde se encuentra un laberinto de tubos bronquiales cada vez más pequeños hasta que finalmente llega a los alveolos. Estos pequeños sacos de aire son cruciales en el proceso, permitiendo que el oxígeno pase desde el aire a la sangre a través de su membrana, atestada de capilares sanguíneos. En este punto, las moléculas de oxígeno pasan de estar en estado gaseoso a disolverse en la sangre, donde son tomadas por los glóbulos rojos, el vehículo que lo transportará por todo el cuerpo.

Los glóbulos rojos poseen una proteína que cumple la función de unir al oxígeno, la hemoglobina. El prefijo hemo le viene de un componente no proteico presente en su estructura que consiste en un ión ferroso (Fe2+) en el centro de una molécula de porfirina. Cada hemoglobina tiene cuatro grupos hemo, por lo que puede transportar cuatro moléculas de oxígeno.




Recién oxigenada la sangre, hace un camino de vuelta al corazón a través de las venas pulmonares, que entran en la aurícula izquierda y luego al ventrículo izquierdo. Ahora es cuando el corazón realmente aprieta: a medida que el ventrículo izquierdo se contrae, la sangre oxigenada se bombea a la arteria principal del cuerpo, la aorta. Ésta se ramifica en arterias más pequeñas, las arteriolas, que concluyen en los capilares. Estos pequeños vasos sanguíneos están rodeados por una fina membrana, lo que permite intercambiar sustancias entre la sangre y otras sustancias circundantes, en este caso el oxígeno por dióxido de carbono, como producto de desecho del metabolismo celular.


Intercambio de gases en un alvéolo.

De esta forma, el oxígeno entra en todas las células del cuerpo, donde es utilizado por las mitocondrias, su destino final, para generar la energía necesaria para el correcto funcionamiento celular y así usted pueda estar leyendo este post, rascarse la cabeza o simplemente respirar el oxígeno que antaño produjeran unas bacterias.

Este post participa en el LV Carnaval de la Química (Ed. Cesio), albergado en el blog La Ciencia de la Vida de Carlos Lobato (@biogeocarlos).



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