Los procariotas ya 'devoraban' a los eucariotas hace 1.400 millones de años
Usar la palabra depredación puede parecer sorprendente cuando hablamos de los primeros organismos que se propusieron comerse a otros organismos, ya que no eran depredadores mortales con dientes y garras afiladas, sino pequeñas formas de vida unicelulares que nadaban en el mar primordial. No tenían ni boca ni intestino; todo lo que tenían era una membrana celular tan blanda que podían engullir a otro organismo más pequeño que encontraran en su camino.
Por lo tanto, la presa no era devorada de la forma en que solemos pensar; en cambio, quedaba más bien encapsulada pero, sin embargo, proporcionó a su depredador nutrientes y energía. Después que sucedió esto, no hubo vuelta atrás a un mundo sin depredadores. Pero, ¿Cuándo sucedió?
Primera vida primitiva
La pregunta ocupa al profesor de ecología del Departamento de Biología de la Universidad del Sur de Dinamarca, Donald E. Canfield, quien ha pasado gran parte de su carrera estudiando cómo evolucionó la vida en la Tierra. Le interesa saber qué condiciones biológicas, químicas y geológicas permitieron el surgimiento de la vida en la Tierra.
"Esa pregunta está indisolublemente ligada a la pregunta de cuándo y cómo la evolución de la vida cambió los ecosistemas de los océanos", dijo.
Canfield agrega que una respuesta no solo satisfará nuestra curiosidad sobre nuestro origen primordial:
"También se trata de comprender cómo interactúan la química y la biología para controlar los modernos ecosistemas marinos para que podamos predecir mejor cómo reaccionarán los océanos a las actividades humanas y al cambio climático global".
Comencemos en el pacífico mar primordial, donde los organismos aún no habían comenzado a alimentarse unos de otros. Las formas de vida dominantes eran las procariotas primitivas. Obtuvieron este nombre porque no tienen núcleo celular (pro significa antes, y karyot es una derivación de la palabra griega para núcleo; karyon).
Entonces, ingresó al campo un nuevo jugador. Los eucariotas. A diferencia de los procariotas, los eucariotas tienen un núcleo y orgánulos con funciones especializadas. Su nombre se crea a partir de las dos palabras griegas para genuino (eu) y karyon (núcleo). Los eucariotas lo cambiaron todo:
"Podrían alimentarse de otros organismos. Y cuando en un ecosistema introduces el consumo de otros organismos, cambia radicalmente la dinámica del sistema", dijo Don Canfield.
Los eucariotas de hoy incluyen las formas de vida que llamamos avanzadas: plantas y animales (incluidos los humanos), pero en aquel entonces, en el mar primitivo, todavía eran organismos unicelulares.
"Pero tenían un truco; podían engullir organismos que eran más pequeños que ellos. La presa se adhiere a la célula del eucariota, después de lo cual se forma un pequeño saco alrededor de la célula presa. De esta manera, el depredador eucariota unicelular absorbe a su presa", dijo Canfield.
"Podrían obtener más energía mediante este proceso, y ¿qué sucede cuando obtienes más energía? Puedes crecer en tamaño, y eso es lo que les sucedió a los eucariotas".
Entonces, ¿Cuándo comenzaron los eucariotas a alimentarse de otros organismos y cuáles fueron las consecuencias para los ecosistemas marinos? Estas son algunas preguntas importantes para comprender la historia de la vida en la Tierra.
Imagen: Hace 1.400 millones de años evolucionaron los primeros eucariotas (organismos unicelulares con núcleo celular). Algunos de estos habrían sido "depredadores" alimentándose de otros organismos. Estos son los ancestros de todas las formas de vida superiores que hoy viven en la Tierra. Crédito: Mikkel Larris, University of Southern Denmark
Grandes fósiles de 1.400 millones de años
Algunas pistas provienen de fósiles; prueba tangible de que alguna forma de vida realmente existió, pero ¿Qué forma de vida representan los antiguos fósiles de eucariotas?
"En verdad, es muy difícil desentrañar qué tipo de estilo de vida representa un fósil de antiguo eucariota, pero una cosa de la que podemos estar seguros es su tamaño, y desde hace unos 1.400 millones de años, los fósiles de antiguos eucariotas eran grandes. Bueno, tal vez no sean grandes en comparación con lo que podrías considerar grande, pero con un tamaño de 100 a 400 micrones (un cabello humano tiene un grosor de aproximadamente 70 micrones), son grandes según los estándares de los organismos unicelulares. Considere que la mayoría de los procariotas en el océano tienen un tamaño inferior a 1 micrón", dijo Don Canfield.
Aún así, el tamaño de estos fósiles puede decirnos algo sobre la naturaleza de los antiguos ecosistemas donde vivían estos organismos.
No era un océano amigable
Usando un modelo de ecosistema (desarrollado por Ken Andersen de la Universidad Tecnológica Danesa), la bióloga marina de la Universidad del Sur de Dinamarca, Lisa Eckford-Soper, junto con Don Canfield, Trine Frisbæk Hansen y Ken Andersen, descubrieron que un ecosistema que contiene grandes organismos como se encuentra en el registro fósil también debe haber contenido depredadores eucariotas.
Aún más, el modelado sugiere que los eucariotas probablemente abundaban en los ecosistemas antiguos donde se encuentran los grandes eucariotas. Entonces, una combinación de nuevos trabajos de biomarcadores (ver más abajo) y modelos muestran que los ecosistemas eucariotas activos que contienen algas, pero también depredadores, poblaron los océanos hace 1.400 millones de años.
"Esto es mil millones de años antes de lo que se pensaba", dijo Lisa K. Eckford-Soper. "Mil millones de años en los que los organismos marinos podían alimentarse unos de otros y, por lo tanto, los océanos no eran tan amigables como imaginamos anteriormente".
Cómo encontraron los investigadores las pistas ocultas en la roca
Las rocas sedimentarias a menudo contienen restos de organismos marinos muertos. Si tienes una roca vieja y usas las técnicas adecuadas, incluso puedes extraer parte del antiguo material orgánico.
Este material orgánico en rocas antiguas ha revelado rastros químicos de organismos eucariotas en muestras de hasta 780 millones de años, pero no más. Por lo tanto, es razonable concluir que los eucariotas se volvieron dominantes en los ecosistemas marinos hace 780 millones de años. Pero, ¿y antes de este tiempo? ¿Qué pasa si el material orgánico en las rocas pierde su resolución con el tiempo y no cuenta toda la historia?
Según el profesor Donald Canfield, es posible que el registro de materia orgánica no esté revelando la importancia real de los ecosistemas marinos eucariotas antes de hace 780 millones de años.
Lo que normalmente se busca en rocas antiguas para revelar la presencia de eucariotas son biomarcadores de esteranos, donde los esteranos son restos químicos de antiguos organismos eucariotas. Estos esteranos generalmente se extraen de las rocas junto con otras moléculas orgánicas utilizando solventes químicos. Estos extractos se denominan bitumen.
Esta técnica ha revelado eucariotas en rocas hasta un máximo de 780 millones de años. La materia orgánica que no es eliminada por los solventes orgánicos y que queda en las rocas se conoce como kerógeno. El kerógeno puede contener importante información sobre la naturaleza de los organismos en el entorno antiguo donde se depositaron los sedimentos por primera vez, pero son más difíciles de acceder.
Sin embargo, Donald Canfield y sus colegas de Petrochina en Beijing analizaron algunas rocas sedimentarias de 1.400 millones de años de antigüedad de la Formación Xiamaling en China, centrándose en el kerógeno. Para ello disolvieron toda la roca con ácido, de modo que al final solo quedó materia orgánica.
Después de extraer con un solvente orgánico y no revelar ningún esterano, el kerógeno restante se transfirió a un tubo de oro que se calentó, descomponiendo el kerógeno en componentes que luego podrían eliminarse en solventes orgánicos. Estos extractos revelaron esteranos de algas que no se encontraron en los extractos de bitumen, lo que indica que las algas eucariotas formaban parte del antiguo ecosistema marino hace 1.400 millones de años.
Los hallazgos se publican en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences: A case for an active eukaryotic marine biosphere during the Proterozoic era
