¿Estás tratando de descubrir algún camino metabólico plausible para una forma de vida hipotética en un mundo acuoso con una atmósfera sin oxígeno pero con suficiente nitrógeno? Algo así como el nuestro, pero sin oxígeno libre?
Bueno … La Tierra tenía ese tipo de ambiente hace mucho tiempo, cuando comenzó la vida: no había plantas gaseosas libres de oxígeno y fotosintéticas que “inventaron” el oxígeno libre como producto de desecho de su metabolismo. En ese momento, antes de que se “inventara” la fotosíntesis, había mucho nitrógeno en uso: todas las proteínas y ácidos nucleicos usan una cantidad significativa de átomos de nitrógeno en sus moléculas. Esos átomos deben haber venido de algún lugar, y que en algún lugar es (principalmente) nitrógeno atmosférico, hecho soluble en agua por reacciones electroquímicas puramente abióticas. Ver, por ejemplo, el clásico experimento de Miller-Urey. Ese tipo de “Maná del cielo” habría sido una fuente de energía adecuada para la vida en aquel entonces; de hecho, muchas de las moléculas producidas típicamente en el experimento Miller-Urey y sus variaciones son nutrientes bastante buenos para las bacterias actuales. En principio (y con cierto cuidado) podría alimentar a las bacterias con nada más que nitrógeno, vapor de agua, CO2 (o CO), algunos otros gases y sustancias químicas al azar y electricidad. Eso podría producir una gran cantidad de biomasa sin requerir nada parecido a la fotosíntesis.
¿Se podría usar nitrógeno molecular en lugar de oxígeno para obtener energía de una molécula adecuada (mencionas alguna forma de azúcar)? Eso es mucho más difícil de lo que parece. Para una introducción, vea Fijación de nitrógeno. Resumen rápido: en la Tierra, toda la fijación biológica de Nitrógeno (es decir, la conversión de Nitrógeno molecular esencialmente inerte en Nitrógeno reactivo) se realiza a través de una familia de enzimas muy relacionadas llamadas Nitrogenasas. Solo unas pocas familias de bacterias tienen estas enzimas, que parecen haber evolucionado en Archaea y luego transmitidas a algunas bacterias descendientes, mientras que se perdieron en la mayoría de las familias de células.
La Nitrogenasa cataliza la conversión de Nitrógeno molecular en Amoníaco y requiere mucha energía bioquímica (16 equivalentes de ATP). En otras palabras: el uso de nitrógeno molecular es un proceso endotérmico: requiere energía para proceder. Por lo tanto, para usar Nitrógeno para extraer energía de algún sustrato molecular, requeriría la reacción general
[mates]
\ mathrm {N} _2 + 16 \ \ mathrm {ATP} \ a \ mathit {fijado} \ \ mathrm {N}
[/mates]
[mates]
\ mathrm {N} + \ mathit {substrate} \ a \ mathit {degraded} \ \ mathit {substrate} + X \ \ mathrm {ATP}
[/mates]
tal que X> 16.
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No conocemos ninguna reacción metabólica con un rendimiento de ATP tan alto. Ni siquiera la cadena enzimática universal que extrae energía del azúcar usando oxígeno puede lograr ese rendimiento. Y eso considerando que el oxígeno molecular es lo suficientemente reactivo por sí solo que no requiere “fijación” para ser utilizable como oxidante.
Tal vez si la fotosíntesis nunca se hubiera “inventado”, habría evolucionado alguna forma de extracción de energía “nitrogenada” (en lugar de las reacciones oxidantes generalizadas). Pero honestamente no lo creo. El lanzamiento de Oxygen a la atmósfera fue un evento que cambió el juego para toda la vida en la Tierra. Todo se “aceleró” después de eso.
