Fósiles químicos sugieren que los ancestros de las demosponjas estuvieron entre los primeros animales en evolucionar
Un equipo de geoquímicos del MIT ha descubierto nueva evidencia en rocas muy antiguas que sugiere que algunos de los primeros animales de la Tierra probablemente fueron ancestros de la moderna esponja marina.
En un nuevo estudio los investigadores informan que han identificado "fósiles químicos" que pueden haber sido dejados por antiguas esponjas en rocas que tienen más de 541 millones de años. Un fósil químico es un remanente de una biomolécula que se originó a partir de un organismo vivo y que desde entonces ha sido enterrado, transformado y preservado en sedimentos, a veces durante cientos de millones de años.
Los fósiles químicos recién identificados son tipos especiales de esteranos, que son la forma geológicamente estable de esteroles, como el colesterol, que se encuentran en las membranas celulares de organismos complejos. Los investigadores rastrearon estos esteranos especiales hasta una clase de esponjas marinas conocidas como demosponjas.
Hoy en día, las demosponjas presentan una gran variedad de tamaños y colores, y habitan en los océanos como animales filtradores blandos y esponjosos. Sus contrapartes antiguas podrían haber compartido características similares.
"No sabemos exactamente cómo habrían sido estos organismos en ese entonces, pero sin duda habrían vivido en el océano, habrían tenido cuerpos blandos y suponemos que no tenían un esqueleto de sílice", dice Roger Summons, profesor emérito de Geobiología de Schlumberger en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias (EAPS) del MIT.
El descubrimiento por parte del grupo de fósiles químicos específicos de esponjas ofrece sólida evidencia de que los ancestros de las demosponjas estuvieron entre los primeros animales en evolucionar, y que probablemente lo hicieron mucho antes que el resto de los principales grupos animales de la Tierra.
Imagen derecha: La mayoría de esponjas marinas y casi todas las dulceacuícolas pertenecen a las demosponjas.
Esponjas con esteroides
El nuevo estudio se basa en los hallazgos que el grupo reportó por primera vez en 2009. En ese estudio, el equipo identificó los primeros fósiles químicos que aparentemente derivaban de antiguas esponjas. Analizaron muestras de rocas de un afloramiento en Omán y encontraron una sorprendente abundancia de esteranos que determinaron que eran restos preservados de esteroles de 30 carbonos (C30), una rara forma de esteroide que demostraron que probablemente derivaba de antiguas esponjas marinas.
Los esteranos se encontraron en rocas muy antiguas y se formaron durante el Período Ediacárico, que abarca desde hace aproximadamente 541 millones hasta alrededor de 635 millones de años.
Este período tuvo lugar justo antes del Cámbrico, cuando la Tierra experimentó una explosión repentina y global de vida multicelular compleja. El descubrimiento del equipo sugirió que las antiguas esponjas aparecieron mucho antes que la mayoría de las formas de vida multicelular y posiblemente fueron uno de los primeros animales de la Tierra.
Sin embargo, poco después de que se publicaran estos hallazgos, surgieron hipótesis alternativas para explicar el origen de los esteranos C30, incluida la de que los compuestos químicos podrían haber sido generados por otros grupos de organismos o por procesos geológicos no vivos.
El equipo dice que el nuevo estudio refuerza su hipótesis anterior de que las antiguas esponjas dejaron este registro químico especial, ya que han identificado un nuevo fósil químico en las mismas rocas precámbricas que es casi con certeza de origen biológico.
Imagen derecha: Las demosponjas (Demospongiae) son una clase del filo Porifera. Su esqueleto está compuesto por espículas de sílice y fibras de la proteína espongina; algunos órdenes de demosponjas han perdido sus espículas.
Recopilando evidencia
Al igual que en trabajos anteriores, los investigadores buscaron fósiles químicos en rocas que datan del Período Ediacárico. Obtuvieron muestras de núcleos de perforación y afloramientos en Omán, India occidental y Siberia, y analizaron las rocas en busca de señales de esteranos, la forma geológicamente estable de esteroles que se encuentra en todos los eucariotas (plantas, animales y cualquier organismo con un núcleo y orgánulos rodeados de membrana).
"No eres un eucariota si no tienes esteroles o lípidos de membrana comparables", dice Summons.
La estructura central de un esterol consta de cuatro anillos de carbono fusionados. Cadenas laterales de carbono adicionales y adiciones químicas pueden unirse a la estructura de un esterol y extenderla, dependiendo de la capacidad de producción de los genes específicos de cada organismo. En los humanos, por ejemplo, el colesterol esterólico contiene 27 átomos de carbono, mientras que los esteroles en las plantas generalmente tienen 29 átomos de carbono.
"Es muy inusual encontrar un esterol con 30 carbonos", afirma Shawar.
El fósil químico que los investigadores identificaron en 2009 fue un esterol de 30 carbonos. Además, el equipo determinó que el compuesto podía sintetizarse gracias a la presencia de una enzima distintiva, codificada por un gen común en las demosponjas.
En su nuevo estudio, el equipo se centró en la química de estos compuestos y se percató de que el mismo gen derivado de la esponja podía producir un esterol aún más raro, con 31 átomos de carbono (C31). Al analizar sus muestras de roca en busca de esteranos C31, los encontraron en una abundancia sorprendente, junto con los esteranos C30 ya mencionados.
Imagen: Demosponja Lissodendoryx colombiensis
"Estos esteranos especiales estuvieron ahí desde el principio", dice Shawar. "Fue necesario hacer las preguntas correctas para encontrarlos y comprender realmente su significado y su origen".
Los investigadores también obtuvieron muestras de demosponjas modernas y las analizaron en busca de esteroles C31. Descubrieron que, efectivamente, los esteroles (precursores biológicos de los esteranos C31 presentes en las rocas) están presentes en algunas especies de demosponjas contemporáneas.
Yendo un paso más allá, sintetizaron químicamente en el laboratorio ocho diferentes esteroles C31 como estándares de referencia para verificar sus estructuras químicas. Luego, procesaron las moléculas de forma que simularan cómo cambiarían los esteroles al depositarse, enterrarse y presurizarse durante cientos de millones de años.
Descubrieron que los productos de solo dos de estos esteroles coincidían exactamente con la forma de los esteroles C31 hallados en muestras de rocas antiguas. La presencia de dos y la ausencia de los otros seis demuestra que estos compuestos no se produjeron mediante un proceso aleatorio no biológico.
Los hallazgos, reforzados por múltiples líneas de investigación, apoyan firmemente la idea de que los esteranos que se encontraron en rocas antiguas fueron de hecho producidos por organismos vivos, en lugar de mediante procesos geológicos. Es más, es probable que esos organismos fueran los ancestros de las demosponjas, que hasta el día de hoy han conservado la capacidad de producir la misma serie de compuestos.
"Es una combinación de lo que hay en la roca, lo que hay en la esponja y lo que se puede producir en un laboratorio de química", dice Summons. "Hay tres líneas de evidencia que se apoyan mutuamente y que apuntan a que estas esponjas se encuentran entre los primeros animales de la Tierra".
"En este estudio mostramos cómo autenticar un biomarcador, verificando que una señal realmente proviene de la vida y no de la contaminación o la química no biológica", añade Shawar.
Ahora que el equipo ha demostrado que los esteroles C30 y C31 son señales confiables de esponjas antiguas, planean buscar fósiles químicos en rocas antiguas de otras regiones del mundo. Solo a partir de las rocas muestreadas hasta ahora, pueden determinar que los sedimentos y las esponjas se formaron durante el Período Ediacárico. Con más muestras, tendrán la oportunidad de determinar con precisión cuándo se formaron algunos de los primeros animales.
El estudio aparece en Proceedings of the National Academy of Sciences: Chemical characterization of C31 sterols from sponges and Neoproterozoic fossil sterane counterparts
