Un ensamblaje fotosintético de 3 mil millones de años muestra que la vida acertó con el diseño desde el principio
Los científicos han decodificado la estructura atómica del Fotosistema I de un linaje de cianobacterias de 3 mil millones de años de antigüedad, lo que ofrece una mirada única a la fotosíntesis temprana productora de oxígeno.
El antiguo "nanodispositivo", purificado a partir de Anthocerotibacter panamensis, muestra una arquitectura de trébol de tres hojas notablemente conservada para la absorción de luz a pesar de miles de millones de años de evolución.
Los hallazgos sugieren que el diseño fundamental para aprovechar la luz solar se estableció muy temprano en la historia de la vida en la Tierra, antes de la evolución de una maquinaria fotosintética más compleja.
Un equipo internacional de científicos ha descubierto una pieza clave del rompecabezas evolutivo de la Tierra al decodificar la estructura de un "nanodispositivo" de recolección de luz en uno de los linajes de cianobacterias más antiguos del planeta. El descubrimiento proporciona una visión sin precedentes de cómo la vida primitiva aprovechó la luz solar para producir oxígeno, un proceso que transformó nuestro planeta para siempre.
El equipo, incluido el Dr. Tanai Cardona de la Universidad Queen Mary de Londres, se centró en el Fotosistema I (PSI), un complejo molecular que convierte la luz en energía eléctrica, purificado a partir de Anthocerotibacter panamensis, una especie recientemente descubierta que representa un linaje que divergió de todas las demás cianobacterias hace aproximadamente 3 mil millones de años.
Sorprendentemente, esta reliquia viviente casi no comparte parientes cercanos: sus especies "hermanas" evolutivamente más cercanas se separaron hace unos 1.400 millones de años.
Imagen: Estructura de microscopía crioelectrónica del fotosistema I aislado de la bacteria Anthocerotibacter panamensis. Crédito: Han-Wei Jiang et al./PNAS
"No podemos viajar tres mil millones de años atrás para observar las cianobacterias en la Tierra", dijo el Dr. Ming-Yang Ho de la Universidad Nacional de Taiwán, autor principal del estudio.
"Es por eso que la ramificación temprana de A. panamensis es tan crucial: nos permite vislumbrar lo que ocurrió en el pasado".
La mayoría de las cianobacterias, además de todas las algas y plantas, empaquetan su maquinaria fotosintética en láminas de membrana apiladas llamadas tilacoides: imagina varias capas de paneles solares.
A. panamensis carece de tilacoides, lo que limita todo su conjunto de herramientas fotosintéticas a una sola capa de membrana.
Esa restricción limita la fotosíntesis, por lo que estas cianobacterias sin tilacoides crecen lentamente y solo toleran luz tenue en el laboratorio.
"Con esta estructura PSI en la mano", agregó el coautor Dr. Christopher Gisriel de la Universidad de Wisconsin-Madison, "podemos compararla con otras y ver qué características son antiguas y cuáles son recientes innovaciones evolutivas".
El equipo descubrió que, aunque las secuencias de proteínas han variado como las de cualquier bacteria, la arquitectura de PSI casi no ha cambiado: tres unidades de PSI se unen en una disposición de trébol de tres hojas y transportan colectivamente más de 300 pigmentos que absorben la luz, como clorofilas y carotenoides.
El Dr. Tanai Cardona concluyó: "Incluso hace tres mil millones de años, la fotosíntesis parece haber alcanzado un notable grado de sofisticación. Para encontrar el verdadero origen de la fotosíntesis productora de oxígeno, tendremos que remontarnos aún más atrás, antes de que evolucionaran las propias cianobacterias".
Los hallazgos se han publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences: Structure and evolution of photosystem I in the early-branching cyanobacterium Anthocerotibacter panamensis
