Luca es el organismo del que descienden todos los organismos vivos
Comprender cómo comenzó y evolucionó la vida en la Tierra es una pregunta que ha fascinado a los humanos durante mucho tiempo, y los científicos modernos han logrado grandes avances en lo que respecta a encontrar algunas respuestas. Ahora, un reciente estudio espera ofrecer nuevos conocimientos sobre el origen de la vida en la Tierra.
Hace unos 375 millones de años, nuestros antepasados parecidos a los peces respiraban a través de branquias. Hace más de 600 millones de años, surgió el antepasado común de todos los animales: el microscópico urmetazoo. Sin embargo, miles de millones de años antes de que todo eso ocurriera, debe haber existido el ancestro común de todos los organismos vivos, el último antepasado común universal (Luca).
Los científicos han trabajado durante décadas para identificar a Luca, con diferentes ideas sobre su aspecto. Otro punto de discordia es su edad. La evidencia fósil más antigua que tenemos de vida tiene alrededor de 3.400 millones de años. Algunos estudios sitúan la edad de Luca cerca del nacimiento de la Tierra, hace 4.500 millones de años. Otros piensan que esto es imposible debido al tiempo que llevaría establecer el código genético y la maquinaria de replicación del ADN.
Luca no fue la primera forma de vida, sino el organismo del que descienden todos los organismos vivos. Sin embargo, los científicos creen que los organismos vivos pueden haber existido mucho antes de Luca. Entender cómo era Luca y cuándo vivió es importante para ayudarnos a entender cómo ha evolucionado la vida en la Tierra.
En reciente estudio los científicos utilizaron una combinación de métodos científicos para reconstruir el genoma de Luca y mostrar cómo los genes que encontraron podrían haberle permitido vivir. Este proyecto es el resultado de varios años de trabajo y de un equipo internacional de colaboradores.
Imagen derecha: Una reconstrucción de LUCA, dentro de su contexto evolutivo y ecológico.
La naturaleza de Luca
Para reconstruir el genoma de Luca los investigadores necesitaban una muestra de genomas (toda la información genética de un organismo) de diferentes grupos de bacterias y arqueas (organismos unicelulares distintos de las bacterias) para poder estar seguros de que estaban tomando muestras de vida moderna. Excluyeron a los eucariotas (plantas, animales y hongos) porque los científicos creen que evolucionaron a partir de una unión de arqueas y bacterias, mucho más tarde. Tenían un conjunto de 700 genomas (350 de arqueas y 350 de bacterias), ya seleccionados a partir de un estudio de 2022 en el que participaron algunos de los autores del presente estudio.
Clasificaron estos genes en diferentes familias para comprender su función en los organismos modernos. Para ello, utilizaron una base de datos llamada KEGG, que ayuda a los científicos a descifrar las vías metabólicas de los organismos (cómo sustentan la vida).
Luego utilizaron estas familias para inferir árboles filogenéticos (o filogenias, algo así como un árbol genealógico) para comprender la relación entre diferentes especies y ver cómo evolucionaron a lo largo del tiempo. También construyeron un conjunto independiente de 57 genes que son comunes a los 700 organismos del estudio y que probablemente se encuentran en casi todos los seres vivos. Este tipo de genes no ha cambiado mucho en los últimos miles de millones de años.
Después utilizaron estos 57 genes para construir un árbol de especies, que muestra la relación darwiniana de los diferentes organismos. Luego pudieron combinar los árboles genéticos KEGG con el árbol de especies, modelando las tasas de duplicación, transferencia y pérdida de genes. Esto también les permitió calcular la probabilidad de que existan diferentes familias de genes en Luca.
La reconstrucción del genoma de Luca ha permitido a los investigadores estimar su metabolismo como si estuviera vivo en la actualidad. Se imaginan a Luca como un organismo bastante complejo, como las bacterias y arqueas modernas, con un pequeño genoma. Sin embargo, no encontraron evidencia de fotosíntesis (que algunas bacterias utilizan) ni de fijación de nitrógeno, un proceso químico que algunas bacterias y arqueas modernas utilizan para mantenerse vivas.
Imagen derecha: Árbol de tiempo inferido bajo un enfoque de datación de nodos bayesiano con refuerzos cruzados utilizando un conjunto de datos particionado de cinco parálogos pre-LUCA.
¿Qué edad tenía Luca?
También probaron un nuevo método para estimar la edad de Luca usando genes que creen que se duplicaron antes de Luca junto con información de fósiles.
Normalmente, para inferir líneas de tiempo evolutivas, obtendríamos una filogenia de nuestra especie de interés con genes homólogos, que se remontan a un ancestro común. Luego, encontraríamos un grupo de especies que estén distantemente relacionadas (un grupo externo) con nuestra especie de interés para establecer la raíz de la filogenia.
Las "ramas" que conectan las especies en una filogenia contienen información sobre la velocidad a la que ocurrieron los cambios genéticos (mutaciones) y el momento en el que las especies divergieron. Se puede utilizar evidencia fósil o geológica para informar al reloj molecular sobre las posibles edades mínimas en las que tuvieron lugar los eventos de especiación.
Sin embargo, con Luca tenían dos problemas: no hay ningún grupo externo que se ocupe del origen de la vida y no hay muchos fósiles ni demasiada evidencia geológica de la Tierra primitiva que pudieran usar para calibrar el reloj molecular.
Para superar estas restricciones, los autores utilizaron genes parálogos que los científicos ya habían rastreado hasta Luca. Los genes parálogos están relacionados entre sí a través de la duplicación genética. Esto puede suceder cuando una especie se divide en dos, cada una con su propia copia del gen duplicado.
Calcularon que Luca vagó por la Tierra hace unos 4.200 millones de años. Si su estimación del tiempo es cercana a la verdad, elementos como el código genético, la traducción de proteínas y la vida misma debieron haber evolucionado rápidamente, casi inmediatamente después de que se formara la Tierra.
Esta reconstrucción de Luca no es la primera y, sin duda, no será la última. Cada año se descubren y secuencian más organismos, los ordenadores son cada vez más potentes y los modelos evolutivos mejoran continuamente. Por lo tanto, nuestra comprensión de Luca puede cambiar cuando haya más datos y técnicas más potentes disponibles.
Por ejemplo, deberíamos considerar que probablemente había muchos otros organismos viviendo en el tiempo de Luca que ya no están representados por ningún organismo en la actualidad. Si alguno de los primeros descendientes de Luca no llegó a nuestros días y sus genes no sobrevivieron, entonces nunca podremos mapear estas familias de genes hasta Luca, lo que significa que nuestra reconstrucción de Luca puede ser incompleta.
A pesar de todas las limitaciones técnicas, el nuevo estudio proporciona una nueva forma de entender a Luca. Pero todavía queda mucho trabajo por hacer para entender mejor cómo ha evolucionado la vida desde la formación de nuestro planeta Tierra.
La investigación de ha publicado en Nature Ecology & Evolution: The nature of the last universal common ancestor and its impact on the early Earth system
