¿Plantas sin bacterias? ¿Es teóricamente posible?

Este es el tipo de pregunta que debe considerarse desde más de una perspectiva. Dado que esto es una especulación, dé por sentado que hay muchos "qué pasaría si" aquí.

Dudo que la mayoría de los animales y las plantas puedan prescindir por completo de las bacterias; como usted dice, la mayoría de los nutrientes esenciales provienen de las bacterias, que fijan nitrógeno . Si solo quedaran plantas en la tierra, eventualmente las plantas consumirían todo el nitrógeno y tendrían que encontrar una manera de fijar más.

¿Pueden las bacterias emerger de un mundo de plantas? No creo que los virus surjan espontáneamente, pero dado que los genomas a menudo tienen virus incrustados en ellos, en el transcurso de aproximadamente mil millones de años, es posible ya que las bacterias y los virus continúan estando impresos en nuestros genomas. ¿Ocurriría a tiempo? La mayoría sería escéptico sobre si ese momento podría funcionar.

En la práctica, sería difícil crear un mundo como este. Me interesaría ver si se pueden esterilizar los microorganismos de las semillas sin matar la planta, por ejemplo. Si está preguntando acerca de un pequeño ambiente estéril con solo plantas, puede hacerlo agregando los nutrientes que las plantas necesitan y dándoles luz solar. Estos sistemas autosuficientes se han hecho con cianobacterias y me sorprendería si no se pudieran incluir plantas. Pero estos son sistemas cerrados y se juzgan por cantidades de tiempo limitadas, por lo que no está claro si esta es una respuesta a su pregunta. Aquí parece que se han hecho algunas plantas acuáticas y peces. Si hubiera una planta que creara CO₂ a una tasa adecuada, sería posible.

Hubo un tiempo en que no había animales en absoluto. Se cree que durante un tiempo solo pudo haber estructuras fotosintéticas que yacían en el agua y absorbían los rayos. No está claro si, como algunos dicen, hubo formaciones de colonias de cianobacterias como las que vemos hoy , o si pudo haber estructuras precelulares o protocelulares más grandes. Pero recuperar las configuraciones precámbricas de genes a partir de genomas de plantas me parece una apuesta de jugador.

Piénselo de esta manera: la vida siempre va cuesta arriba, de menos desarrollado a más adaptado, mejor para sobrevivir y reproducirse.

La vida temprana sería un mecanismo básico, de naturaleza trivial, que en las condiciones adecuadas se replicaría a sí mismo (más o menos, ya que la réplica sería menos similar al original, que cuando se compara la similitud actual entre padres e hijos). Esto sería básicamente una celda. Y una celda seguiría siendo una celda a menos que combinarse con otras celdas y especializarse en la funcionalidad tuviera un cierto beneficio. Mira este video educativo sobre abiogénesis de cdk007, basado en el trabajo de Jack Szostak.

Pero, sabes que la evolución no es el proceso de cambio de todos los individuos de una especie en una sola dirección, hacia otra especie. Es un proceso de bifurcación. Entonces, las células básicas de la especie A podrían evolucionar a células individuales de la especie B, pero eso solo significaría la extinción de A si el nuevo entorno con los nuevos organismos se vuelve hostil, si los recursos son escasos, si la especie A está menos adaptada que todos los demás. , por lo que todos los demás ocupan el nicho de A.

Por lo tanto, cuando los organismos multicelulares evolucionan, hay MUCHOS organismos monocelulares ya presentes y ocupando nichos importantes. Se utilizan todas las fuentes de energía disponibles. Si algo no se usa, es un nuevo nicho para cualquier mutación accidental que le permita al organismo usar ese nicho y prosperar como una nueva especie. De cualquier manera que lo mires, los organismos multicelulares no comenzarán a existir sin organismos unicelulares que los rodeen. Entonces, todos los organismos multicelulares tendrán un entorno que incluye estas "bacterias", por lo que se adaptarán a este entorno. Es más fácil aprender a vivir con algo que aprender a pelear con ellos y luego ocupar su nicho, porque matar y cambiar para ocupar el nicho requiere muchos más cambios en el organismo.

La vida en la tierra es equilibrada, de modo que cada especie ocupa su lugar importante en la circulación de las sustancias. Esto sucedió no solo por casualidad, sino que es el único resultado probable del proceso de evolución por selección natural. Tener un mundo que esté totalmente libre de cualquier rastro de formas de vida primitivas es casi imposible. En la tierra todavía tenemos especies de arqueas que son similares a las especies presentes en la tierra hace miles de millones de años. Lea este artículo en Wikipedia sobre cómo Nanoarchaeum equitanscomprender la diversidad de la vida.

Una de las funciones más importantes que desempeñan las bacterias es la fijación de nitrógeno. La fijación biológica de nitrógeno se lleva a cabo principalmente por bacterias. No se conocen plantas que expresen enzimas de tipo nitrogenasa. Entonces las plantas no pueden fijar el nitrógeno.

Sin bacterias en la ecología... el ecosistema está en problemas por falta de nitrógeno.

Dicho esto, la desnitrificación, la eliminación del nitrógeno fijado y la conversión nuevamente en nitrógeno gaseoso, también es catalizada por bacterias. Así que no hay bacterias, no hay pérdida de nitrógeno por medios biológicos.

El nitrógeno se puede fijar mediante la descarga de un rayo. Alrededor del 5% al ​​8% de todo el nitrógeno se fija de esta manera http://www.biology-pages.info/N/NitrogenCycle.html . Sin embargo, los rayos tienden a provocar incendios forestales... lo que resulta en la pérdida de nitrógeno.

Entonces, ¿dónde nos deja eso? Tendremos que adivinar cuánto nitrógeno se pierde por los incendios forestales (y el entierro por sedimentación) frente a la ganancia por descarga de rayos.

Eso no es nada fácil de adivinar. En un mundo de altas precipitaciones (mucha selva tropical)... puedes tener muchos relámpagos y nada de fuego. Pero en un mundo de pantanos también se perdería mucha materia orgánica (y nitrógeno) a través de la sedimentación. Un mundo más seco tendría más incendios.

En todo caso... Supongo que ese mundo es inestable a largo plazo, ciertamente en una escala de tiempo geológico. Eventualmente, el ambiente cambiará a uno donde se pierda nitrógeno, y se reduzca la fijación por rayos... y la ecología se derrumbará por falta de nitrógeno.

¿Podrían surgir bacterias en el mundo?

Mi conjetura es no. Es poco probable que ocurra un segundo evento de abiogénesis cuando la vida ya está presente. La planta viva en su mundo impediría que resurgiera cualquier nueva forma de vida. Las plantas no son vecinos tranquilos que se ocupan de sus propios asuntos. Las plantas secretan toxinas para envenenar a otras plantas. Limite el crecimiento. (Las nueces son un gran ejemplo) Las raíces de las plantas absorben azúcares simples y aminoácidos. Ejemplo. http://link.springer.com/article/10.1007/BF02202082 Así que la materia prima para la nueva vida no se acumulará.

Dicho esto... no hay ninguna razón por la que la vida vegetal no pueda simplificarse a sí misma en una sola célula... estos extremos han sucedido con los percebes parásitos del género Sacculina... que se parecen menos a un crustáceo (es decir, un cangrejo) que los percebes normalmente y más como hongos. https://en.wikipedia.org/wiki/Sacculina Así que podríamos tener plantas unicelulares... descendientes de plantas superiores.

Lo que no está claro es si las plantas podrían volver a desarrollar una enzima para fijar nitrógeno. La nitrogenasa (nif) parece haber evolucionado una vez en metanógenos y por transferencia lateral de genes se trasladó a muchas otras bacterias. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3733012/#B7

Consulte https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6164190/

Resulta que las semillas libres de bacterias no pueden propagarse porque los pelos de raíz requieren que se produzca etileno para crecer. Secreciones que la planta no puede generar durante la fase de plántula (se muestra que las semillas estériles no pueden generar pelos radiculares en el papel). Cuando las bacterias que viven dentro de las raíces de la planta (endofitos) son alimentadas con azúcares (por la planta misma), liberan etileno como subproducto, lo que resulta en el alargamiento del pelo de la raíz, lo que permite que las plantas crezcan.

Esto es algo fascinante ya que yo tampoco sabía de esto hasta que siempre pregunté: "Si los microbios del suelo son importantes para el crecimiento de las plantas, ¿por qué las plantas pueden crecer incluso cuando los sistemas hidropónicos eliminarían las bacterias de las raíces de las plantas?"

Así que no, su planta de cáñamo sería literalmente, física y biológicamente incapaz de crecer sin la presencia de bacterias.

Puede reemplazar por completo las bacterias fijadoras de nutrientes, pero hasta que encuentre una manera de inocular las plantas con una pequeña cantidad de etileno (¿tecnología de nanoburbujas?) Sin oxidar todo el sistema de raíces de la planta, aún se requieren bacterias.