Si el oxígeno es tóxico para los humanos, ¿por qué no hemos evolucionado hasta el punto en que no lo es?

Answer 1

Se necesita un poco de química para comprender por qué la evolución no ha resuelto el problema de la toxicidad del oxígeno.

El oxígeno ordinario no es tóxico a la presión normal, pero las especies de oxígeno reactivo (ROS) lo son. En este diagrama, la primera entrada, Oxígeno, es segura; Tiene el número normal de electrones (puntos azules). El superóxido y el peróxido tienen electrones adicionales (rojo) que los hacen peligrosos. Las otras moléculas de ROS enumeradas aquí se derivan del agua. El peróxido de hidrógeno tiene el número correcto de electrones, pero puede descomponerse para producir especies reactivas. (Este diagrama es de: Introducción a las especies reactivas de oxígeno).

Estas moléculas de ROS están presentes en su cuerpo en niveles bajos. Sus efectos se magnifican por su capacidad para producir radicales libres adicionales cuando reaccionan con productos bioquímicos en su cuerpo. Los ácidos grasos insaturados son particularmente sensibles a los radicales libres. (Los obtiene de aceites vegetales y otros alimentos). En este diagrama, un radical hidroxilo reacciona con un hidrógeno en un ácido graso insaturado para producir agua. Esto deja un electrón desapareado en el ácido graso (punto rojo) que reacciona con el oxígeno para producir un radical peroxi que puede dejar y dañar los ácidos grasos adicionales, en un proceso casi interminable.

Esta secuencia de pasos se llama peroxidación lipídica. Las moléculas de ROS también dañan muchos productos bioquímicos en su cuerpo, incluido el ADN. El siguiente diagrama ilustra algunas de las muchas maneras en que las ROS pueden dañar los productos bioquímicos. El texto en rojo identifica las especies de ROS y los productos bioquímicos dañados. Los lectores familiarizados con la bioquímica pueden obtener una explicación completa aquí: The International Journal of Biochemistry & Cell Biology 39 (2007) 44–84 http://www.olivamine.com/sites/d….

Su cuerpo tiene muchos productos bioquímicos que detienen estas reacciones en cadena y / o destruyen las moléculas de ROS. Algunos de ellos se llaman antioxidantes y es posible que haya visto anuncios de alimentos que contienen antioxidantes. No te molestes en comprarlos; no pueden prevenir el daño porque las moléculas de ROS actúan muy rápido y pueden dañar muchos productos bioquímicos antes de que se encuentren con un antioxidante. Tu cuerpo ya contiene el nivel óptimo de antioxidantes.

Su cuerpo no puede evitar completamente la formación de ROS porque se forman como un resultado inevitable de muchos procesos bioquímicos, incluida la producción de energía mitocondrial. Este diagrama ilustra cómo se forma el anión superóxido dentro de sus mitocondrias como resultado de los electrones que se escapan de cualquiera de varios complejos moleculares. Este elemento es particularmente problemático porque cuanto más energía produzcan sus mitocondrias, más ROS.

Hay razones para pensar que las aves han resuelto parcialmente este problema. Las palomas tienen tasas metabólicas similares a las ratas pero, en promedio, viven diez veces más. Los estudios de mitocondrias sugieren que las mitocondrias de las aves pierden menos electrones y producen menos menos radicales libres. Como resultado, necesitan menos antioxidantes para eliminar los radicales libres. El precio que pagan las aves para lograrlo es su ventaja en las altas tasas de mortalidad en embriones y recién nacidos. Cualquier individuo que carezca de mitocondrias totalmente optimizadas muere joven. Esa opción no está disponible para los humanos con sus bajas tasas de natalidad (Oxígeno: la molécula que hizo el mundo: Nick Lane: 9780198508038: Amazon.com: Libros).

Puede obtener un buen resumen técnico del rol de ROS en la salud y el envejecimiento aquí: http://www.olivamine.com/sites/d… y aquí: 2016; 1 (2): 99-109 y aquí: https://www.researchgate.net/pro… y aquí: 2016; 1 (2): 99-109

El libro de Nick Lane sobre el tema está un poco anticuado, pero sigue siendo una excelente introducción al tema: Oxígeno: la molécula que hizo el mundo: Nick Lane: 9780198508038: Amazon.com: Libros. En él, analiza, en detalle, los factores que impiden que evolucionemos mejor protegiéndonos de las ROS. Puede obtener una descripción general, técnica y gratuita aquí: http://citeseerx.ist.psu.edu/vie…

Esta discusión sobre Quora es útil: ¿cuáles son los peligros de las especies reactivas de oxígeno en el cuerpo?

Answer 2

En rigor, el oxígeno no es una toxina. Esto es lo que Merriam Webster tiene que decir:

toxina

1. : una sustancia venenosa que es un producto específico de las actividades metabólicas de un organismo vivo y generalmente es muy inestable, notablemente tóxica cuando se introduce en los tejidos, y generalmente es capaz de inducir la formación de anticuerpos

Definición de la toxina

Dicho esto, la toxicidad del oxígeno, a veces conocida como envenenamiento por oxígeno, es una condición médica real. El término, sin embargo, no implica que el oxígeno sea, en sí mismo, una toxina. Simplemente se refiere al hecho de que a una presión atmosférica elevada (como con los buzos) o al uso prolongado a concentraciones más altas que las normales (como con el uso excesivo de suplementos médicos de oxígeno), puede tener algunos de los mismos efectos que una toxina. Pero no es una presión evolutiva porque casi la única forma en que se puede encontrar es a través de actividades no naturales.

Ahora, la forma más inmediatamente peligrosa de toxicidad del oxígeno tiene más que ver con la presión atmosférica que con cualquier otra cosa. Cuando alguien respira un nivel alto de oxígeno mientras se encuentra bajo una presión elevada, puede verse afectado por lo que se denomina toxicidad del sistema nervioso central (se añaden límites para mayor claridad).

Ahora, por “demasiado alto” me estoy refiriendo a menos de lo normal si estamos hablando de altas presiones, como para los buceadores de aguas profundas. Cuanto mayor sea la presión, menor será la proporción de oxígeno para evitar este problema. Y este problema es muy peligroso. Puede inducirse con una exposición a estas condiciones que van desde unos pocos minutos hasta unas pocas horas. Y puede matar … rápido y dolorosamente. Esta es la razón por la cual los buceadores de aguas profundas o de largo plazo deben volver a aclimatarse gradualmente a las presiones del nivel del mar en una cámara hiperbárica antes de regresar a las condiciones naturales del nivel del mar.

Las formas a más largo plazo e insidiosas, pero también las más raras, son la toxicidad pulmonar y ocular. Estos son el resultado de una proporción de oxígeno respirable muy por encima de lo normal durante largos períodos de tiempo pero a una presión atmosférica normal. En general, estos casos se limitan a personas que reciben oxígeno suplementario para alguna afección médica, por ejemplo, enfisema, a quienes se les ha aumentado la cantidad de oxígeno.

El daño puede comenzar en unas pocas horas, pero por lo general no alcanza el nivel en que la persona nota los síntomas durante al menos un día y posiblemente hasta 2 o 3 días. Los pulmones generalmente se vuelven sintomáticos primero, con una disminución en la eficiencia pulmonar debido al daño tisular que se siente como falta de aire. En realidad, esto puede hacer que los no informados empeoren el problema al aumentar aún más su nivel de oxígeno. Si no se corrige, este problema también puede matar, pero, irónicamente, mata reduciendo la eficiencia pulmonar hasta el punto de que la persona muera por falta de oxígeno. Asqueroso. Pero afortunadamente, relativamente raro. Esa es la toxicidad pulmonar del oxígeno.

El daño por la toxicidad ocular del oxígeno generalmente toma más tiempo en desarrollarse pero no mata, por lo que es definitivamente la amenaza menor. Que yo sepa, generalmente solo se ve en bebés mantenidos en incubadoras cerradas con el oxígeno demasiado alto por lo menos durante varios días. Yo mismo estaba en peligro de esto cuando era un recién nacido, porque yo era un bebé prematuro y nací con meningitis espinal. Me mantuvieron en una incubadora con IV en mi cráneo (porque ese era el único lugar de mi cuerpo con venas lo suficientemente grandes como para aceptar agujas por IV) durante casi dos semanas. Me dicen que tuvieron que rastrear cuidadosamente la alimentación de oxígeno a la cámara de la incubadora para evitar tales problemas.

Entonces, la historia larga es un poco más corta: el oxígeno no es técnicamente una toxina, pero niveles muy por fuera de la norma, o niveles que no se ajustan a presiones atmosféricas muy por fuera de la norma, pueden causar los mismos tipos de efectos que uno podría esperar. Una toxina de acuerdo a Hoyle. Y como otros han señalado (o al menos están implícitos), la razón por la cual la humanidad no ha desarrollado mecanismos para ajustarse al problema es porque las únicas formas de inducirlo son inherentemente antinaturales.

Answer 3

La toxicidad depende de la dosis.

Una pequeña cantidad de un veneno letal no te hará daño e incluso puede ser bueno para ti. En el otro extremo, cosas como el agua y el oxígeno son tóxicas en cantidad suficiente.

Los seres humanos desarrollaron sistemas bioquímicos que funcionan en el tipo de niveles de oxígeno presentes en la atmósfera. Si los niveles de oxígeno aumentaran o disminuyeran, las personas que no pudieran hacer frente al nuevo nivel no se reproducirían y las generaciones posteriores cambiarían. Hasta entonces, no existe un valor biológico general para poder hacer frente a diferentes niveles de oxígeno. Tener tal mecanismo casi seguramente tendría un costo biológico, como un desempeño muscular más débil a niveles normales de oxígeno o algo así.

Los humanos que viven en montañas muy altas realmente tienen la capacidad de hacer frente a los niveles más bajos de oxígeno. A nivel individual, el cuerpo responde produciendo más glóbulos rojos. Las poblaciones que viven en estas áreas a largo plazo desarrollan algunos cambios genéticos a través de la selección natural.

Answer 4

Sí, el oxígeno es tóxico y evolucionamos para manejarlo cuando aún éramos bacterias. Las mitocondrias en cada célula son la adaptación a un mundo rico en oxígeno.

La evolución de la célula

Todavía hay un límite en cuanto a la concentración de oxígeno que podemos sobrevivir, y dado que es poco probable que nos expongamos a niveles de O2 mucho más altos de lo que ya estamos, no hay mucha presión para que evolucione hacia una mayor tolerancia.

Answer 5

Tenemos. Para ser específicos, hemos evolucionado para tolerar el oxígeno en los niveles actuales que se encuentran en la atmósfera y para vivir y reproducir con éxito en este entorno. Para que un nuevo rasgo evolucione, tiene que haber algo de supervivencia y / o ventaja reproductiva. A menos que el nivel de oxígeno en la atmósfera aumente o disminuya sustancialmente, no verá ningún cambio en la capacidad de los humanos para tolerar el oxígeno.

Answer 6

Para que la evolución al “trabajo” tenga que haber presión selectiva. Es decir, las personas con el rasgo viven más o menos. Supongo que la tolerancia a la toxicidad del oxígeno varía mucho en la población. Tú o yo podríamos tolerar una cantidad diferente de eso. Incluso yo era súper resistente y respiraría 5.0 bares de presión parcial de O2 que me daría una ventaja cero y no viviría más y tendría más hijos porque en el entorno real en el que todos vivimos, el O2 es de aproximadamente 0.21 Bar de presión parcial. Nunca hay un exceso de O2 en el medio natural.

Hubo un tiempo en la historia de la Tierra en el que no hay O2 en el aire. La vida se ha adaptado a cantidades variables de O2. Una vez fue incluso más alto de lo que es hoy.