¿Por qué la vida en la Tierra se adaptó al respirar y al usar oxígeno para la producción de energía, en lugar de nitrógeno?

Answer 1

En primer lugar, respiramos nitrógeno considerando que el aire está lleno (alrededor del 79–80 por ciento). Simplemente no podemos usarlo para obtener energía. Tan poderosa como la evolución es cuando se trata de la adaptación para adaptarse a muchos entornos diferentes, no es magia. El hecho de que una sustancia esté ampliamente disponible no significa que sus propiedades químicas favorezcan las funciones metabólicas. Otro punto de vital importancia para recordar es que incluso si un camino evolutivo particular ES posible, eso de ninguna manera garantiza que un organismo siga ese camino. Si una solución ya ha evolucionado y es funcional para ese organismo, generalmente no habrá un ímpetu para evolucionar a otra, especialmente si se trata de un concepto completamente nuevo y no solo una modificación de uno existente para mejorarlo.

Un ejemplo clásico de esto es el ojo vertebrado. El ojo humano en particular es uno de los mejores de la naturaleza. Es extremadamente complejo y permite la visión tricromática (tres colores primarios), mientras que la mayoría de los otros vertebrados tienen visión dicromática. El ojo corrige la aberración esférica y cromática (separación de colores e imágenes) y nos permite ver abundantes detalles con percepción de profundidad y toda una serie de efectos beneficiosos que son traducidos e interpretados por el cerebro. ¿El problema? Está al revés. ¡Las células reales del ojo que perciben la luz están completamente en la parte posterior en lugar de en el frente, donde serían las primeras en recibir la luz que ingresa a la pupila! Desde el punto de vista del diseño, esto es ingeniería horrible. Sin embargo, funciona debido a múltiples mutaciones leves a lo largo de los eones, por lo que no hay ninguna razón evolutiva para que se devuelva al tablero de dibujo y
“Rediseñado”

Es una historia similar con la respiración. Hemos evolucionado para utilizar oxígeno, que en un momento fue en realidad un veneno muy mortal, de hecho, tan mortal, que casi extingue toda la vida en la Tierra cuando las bacterias fotosintéticas comenzaron a producirlo en masa hasta que nuestra atmósfera se llenó. La elección fue simple: adaptarse o morir. Nuestros antepasados ​​no solo lograron adaptarse a ella, sino que encontraron una forma de explotar la molécula de oxígeno para obtener energía extra. Los organismos multicelulares son posibles solo por esto. Hay un orgánulo dentro de todas las células productoras de energía llamado mitocondria. En esta subestructura, el oxígeno se utiliza como un aceptor final de electrones en un proceso denominado cadena de transporte de electrones, donde se utilizan una serie de productos químicos intermedios para generar ATP, que es la “moneda” energética de la célula. Como el oxígeno es un receptor de electrones particularmente eficiente (pero no el único), ahora vemos que los respiradores de oxígeno dominan la tierra.

Entonces, incluso si el nitrógeno fuera de alguna manera útil como aceptador final de electrones, no evolucionaría en nuestro entorno actual simplemente porque es completamente innecesario. El oxígeno es suficiente, eficiente y abundante, y hemos estado evolucionando durante muchos cientos de millones de años junto a él.

En cuanto al agua salada, es un poco más fácil de explicar. Una vez más, solo porque una sustancia sea abundante no significa que pueda ser explotada mágicamente de alguna manera para cambiar sus propiedades químicas. Nuestros cuerpos requieren un equilibrio extremadamente delicado de iones para que las señales, los nervios, el cerebro, el corazón, los músculos y casi todos los demás sistemas de órganos funcionen correctamente. En este caso, los riñones en particular se verían afectados. Para mantener esta homeostasis extremadamente fina y difícil, los riñones filtran constantemente nuestra sangre y permiten que entren en nuestro cuerpo cantidades muy limitadas y específicas de sales. El agua de mar contiene aproximadamente un 3,5 por ciento de iones (principalmente sodio, cloruro y potasio, y nos abrumaría absolutamente a nuestros riñones; se necesitaría mucha más energía para filtrar y procesar esta agua salada que la que obtendríamos al tomarla. Por lo tanto, nuestros riñones pronto cerraríamos y sucumbiríamos muy rápidamente a la hipernatremia (exceso de sodio en la sangre), entre otros problemas fatales derivados del desequilibrio.

¿Es posible evolucionar una forma de solucionar este problema? ¿Seguro Por qué no? Obviamente las criaturas que habitan en el océano tienen. Excepto que el océano es, y siempre ha sido su entorno, por lo que han tenido cientos de millones de años para evolucionar para adaptarse a él, tal como lo hemos hecho en tierra. Como no somos criaturas marinas, no tenemos uso para purificar el agua salada; Los lagos y otras fuentes de agua dulce nos han servido bien, y seguirán haciéndolo en el futuro mientras permanezcamos en tierra.

Answer 2

Las respuestas se encuentran en las leyes de la física.

Muchas criaturas pueden beber agua salada, para permitir, peces marinos y animales marinos. Tienen formas de manejar la sal adicional en sus sistemas, pero tienen un precio. En su mayor parte, están siempre vinculados a la salinidad a la que están adaptados.

Los niveles de sal gobiernan el movimiento del agua y muchos productos químicos biológicos, y los niveles de sal base son esencialmente fijos para un organismo. Puede manejar un cierto nivel solamente.

Es posible tener organismos que toleran una amplia gama de niveles de sal, pero es probable que se encuentren en una situación de desventaja competitiva en comparación con los organismos que tienen una especialidad adaptada, y tienen menos “costos” para la maquinaria molecular.

La evolución favorece el costo total más bajo de la aptitud para los organismos. Hemos evolucionado a partir de animales terrestres que tenían un menor costo de acondicionamiento físico porque habían evitado la complicada maquinaria necesaria para manejar las fuentes de agua salada, por lo que todavía tenemos ese legado.

En cuanto a respirar nitrógeno y usar la química del nitrógeno, eso no funcionará, pero por diferentes razones. Por un lado, el enlace nitrógeno-nitrógeno en nuestro nitrógeno atmosférico es uno de los enlaces químicos más fuertes del universo. Solo un número relativamente pequeño de bacterias y arqueas pueden incluso romper esos enlaces, por lo que los compuestos de nitrógeno son el nutriente limitante para el crecimiento de la mayoría de los seres vivos.

También es la razón por la que el descubrimiento del proceso de Haber fue tan importante, ya que permite a los humanos descomponer el nitrógeno atmosférico en compuestos que los seres vivos pueden procesar, permitiéndonos producir el fertilizante artificial que alimenta a la mayoría de la población.

Los enlaces de oxígeno son mucho más fáciles de romper, y el oxígeno es mucho más útil como aceptor de electrones en los tipos de reacciones químicas que impulsan la vida. Las plantas pueden romper los enlaces de carbono y oxígeno en el dióxido de carbono con la luz solar, lo que permite un ciclo de carbono / oxígeno que no tendría un análogo similar con el nitrógeno.

Answer 3

El nitrógeno no tiene tantos electrones como el oxígeno. Esta es una de las razones principales por las que el oxígeno se une químicamente con otros elementos y la razón por la cual las moléculas de agua tienen un momento magnético no es una molécula recta.
No toda la vida en la tierra depende del oxígeno para la vida. ¿Qué pasa con todas esas bacterias anaeróbicas que prosperan sin oxígeno. y los virus? Un virus es esencialmente una hebra de ADN o ARN con recubrimiento de proteína.

Esos 2 electrones en la capa exterior de oxígeno, como los agujeros de las capas externas de oxígeno y otros átomos de otros elementos en la tabla periódica. El oxígeno ionizante toma relativamente poca energía .. El nitrógeno es 3 electrones menos y el agujero en el electrón externo solo un orificio en la capa externa de electrones, o orbital p. El nitrógeno no funciona de la misma manera que un átomo de oxígeno.

No soy un experto en esto. Tal vez un químico, un químico orgánico, pueda darle una respuesta más detallada.

Tipos de bacterias encontradas en ambientes anaeróbicos – Transcripción de videos y lecciones | Study.com

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Answer 4

El oxígeno es bueno para la producción de energía debido a que el metabolismo se basa en la oxidación de la glucosa energéticamente descendente. Hay pocos oxidantes tan potentes como el oxígeno, y ninguno tan fácilmente disponible. El nitrógeno, por otro lado, es inerte debido a su triple enlace extremadamente fuerte y, por lo tanto, no es bueno para una reacción que quiere que sea espontánea y altamente exergónica.

Sin embargo, la vida evolucionó para usar nitrógeno abundante en el aire. El hecho de que no se use como el oxígeno como un oxidante clave en el metabolismo central del carbono no significa que no se use. De hecho, la fijación de nitrógeno es un proceso bioquímico muy importante.

Si alguna vez has comido mantequilla de maní, has comido un organismo que se basa en la fijación de nitrógeno simbiótico para sobrevivir. Las leguminosas poseen bacterias simbióticas fijadoras de nitrógeno en los nodos de sus raíces. Sorprendentemente, estas bacterias son capaces de tomar dinitrógeno inorgánico en el aire y convertirlo en amoníaco y formas de nitrógeno orgánico utilizable. Este es un proceso muy endergónico que requiere bastante energía. Sin embargo, es un proceso increíblemente importante en la naturaleza. De hecho, se requiere para que toda la vida sobreviva y, debido a su dificultad, el nitrógeno es a menudo el nutriente limitante en muchos ecosistemas.

Entonces, ¿por qué no pueden todos los organismos hacer esto? Realmente se trata de los costos energéticos de la fijación de nitrógeno. Los diazotrofos, organismos que son capaces de fijar nitrógeno, usan un tipo de enzima llamada nitrogenasas. Éstos convierten el nitrógeno del aire en amoníaco, que luego puede usarse para la biosíntesis. Pero el nitrógeno en el aire tiene un triple enlace con una enorme energía de disociación de enlace. Se requieren 16 moléculas de ATP solo para usar 1 molécula de nitrógeno. Como resultado, incluso las bacterias fijadoras de nitrógeno suprimen esta capacidad a menos que sea necesaria debido al ambiente.

Por lo tanto, no se sabe que los eucariotas y la mayoría de los procariotas sean incapaces de fijar nitrógeno. Es demasiado costoso desde el punto de vista energético y es más fácil obtenerlo de otras fuentes, incluidas las bacterias fijadoras de nitrógeno. Sin embargo, es importante reconocer que existe un subconjunto completo de organismos que pueden realizar esta tarea y que desempeñan un papel central en muchos ecosistemas. Los diazotrofos son un ejemplo increíble de la capacidad de la vida para realizar tareas aparentemente imposibles con una eficiencia similar a la de una fábrica.

Answer 5

Porque la vida está basada en el carbono. El carbono puede tener 4 enlaces, lo que le da una gran ventaja para construir moléculas funcionales. ¿Qué tiene esto que ver con el oxígeno? Bueno, la Tierra ha estado en ciclos continuos entre O [math] _2 [/ math] y CO [math] _2 [/ math] debido a la combustión, y las formas de vida se originaron en este contexto de abundancia. En realidad, el oxígeno no se usa para respirar, pero se usa para eliminar los desechos de nuestros procesos metabólicos. Piense en el oxígeno como el camión de basura. Dado que el nitrógeno es casi inerte, sería como un camión de basura que no puede simplemente llevar basura con él. ¿Sabes por qué se inflan tus fichas antes de abrirlas? Esto se debe a que introducen nitrógeno en el interior para eliminar el aire y, por lo tanto, también el oxígeno, ya que es altamente electronegativo y más reactivo.

Answer 6

El enlace en N2 tiene el doble de energía que el enlace en O2. 941 contra 498 kj / mol

Los fotones necesarios para la fotosíntesis con nitrógeno necesitarían así el doble de energía, o la mitad de la longitud de onda. La mitad de la longitud de onda o el rojo es ultravioleta.

No hay suficiente radiación ultravioleta para evolucionar usándolo. La cantidad de fotones disminuye geométricamente, por lo que hay 4 o más veces más fotones rojos que salen del Sol. Pero muchos más fotones ultravioleta son absorbidos por la atmósfera. No basta con llegar a la superficie.

Peor aún, casi todos los enlaces orgánicos tienen menos energía que el N2. Los fotones ultravioleta dañan casi todo lo que golpean.

Answer 7

Como han señalado otros, no es adecuado como fuente de energía.

Pero todavía hay un poco de misterio. Las plantas no pueden vivir sin nitrógeno, porque todas las proteínas contienen nitrógeno y sin proteínas, las células no pueden funcionar. El ADN mismo contiene nitrógeno. Y en muchas situaciones, el nitrógeno es un recurso crítico: limita el crecimiento de las plantas.

Pero ni una sola planta, nunca, ha trabajado utilizando el nitrógeno en el aire. Son totalmente dependientes de los nitratos en el suelo.

Y, obviamente, existen vías biológicas para la conversión del nitrógeno atmosférico en nitratos, porque algunos hongos han aprendido el truco. Simplemente no hay plantas. Me parece extraño.

Answer 8

El oxígeno es una molécula reactiva, el nitrógeno no lo es. Puede conducir un metabolismo introduciendo oxígeno a otros compuestos y capturando la energía de la reacción de oxidación resultante. Con el nitrógeno no pasaría nada.

Answer 9

Por la misma razón, la vida no ha evolucionado para alimentarse del agua: porque no hay energía disponible.

Hay un largo tobogán exotérmico descendente para el nitrógeno, y N2 se sienta en la parte inferior.

O2 sigue siendo un potente oxidante; El oxígeno formará moléculas de O2, seguro, pero dada la opción, preferiría emparejarse con otra cosa. Como el carbono, digamos. Es por eso que la madera se quema en el aire libre, porque hay una gran cantidad de cuesta abajo a la izquierda de O2 a CO2 y H2O.

Pero el nitrógeno … oh, el nitrógeno prefiere ser N2. Así es como funcionan la mayoría de los explosivos: contienen nitrógeno en un estado de alta energía, y ese nitrógeno solo necesita un susurro de una excusa para saltar a ese deslizamiento hacia N2, dejando una nube de gas caliente en expansión y, tan a menudo como no. , metralla de alta velocidad a su paso.

Y una vez que está en la parte inferior, no quiere volver a subir.

Puedes obtener energía del O2. Se necesita energía para obtener entre un átomo de nitrógeno y su gemelo.

Answer 10

Las moléculas de nitrógeno contienen un triple enlace covalente entre los dos átomos. Hay una gran cantidad de energía en ese enlace, de modo que muy pocas criaturas pueden romper los enlaces en una molécula de dinitrógeno, ya que casi todas son monocelulares. Sin embargo, el oxígeno es muy reactivo. Es uno de los mejores agentes oxidantes (es cierto que hay mejores agentes oxidantes que el oxígeno) y puede oxidar casi cualquier cosa en la tabla periódica que no sea flúor (uno de los mejores agentes oxidantes mencionados anteriormente) o un gas noble. Esto hace que sea mucho más útil para que las reacciones descompongan varios químicos dentro del cuerpo.

Answer 11

el fin último de la respiración es en la cadena de transporte de electrones, donde hay un aceptor de electrones.

Para la mayoría de los organismos es oxígeno.

El nitrógeno no actúa como aceptador, por lo tanto, no se utiliza.

Answer 12

Debido a que el nitrógeno es inútil como fuente de energía, es casi inerte.

Answer 13

El oxígeno está más cerca de la “transición de fase” en circunstancias normales, por lo que es más útil para los seres vivos … una forma diferente de decir lo que decía el póster anterior (triple enlace).