Las transiciones a la vida terrestre estuvieron acompañadas de una gran renovación genética
La transición del agua a la tierra es una cuestión que aún intriga a los científicos. Esos organismos ancestrales debieron adaptarse a varios nuevos desafíos para vivir fuera del agua. Entonces, ¿Cómo lo lograron?
"En un estudio realizado en 2025, mis colegas y yo intentamos comprender la base genética de la adaptación a la vida terrestre comparando el material genético de 150 animales vivos. Descubrimos que algunas adaptaciones a la vida terrestre son universales, mientras que otras se encuentran solo en unos pocos linajes", dijo Jialin Wei, candidata a doctorado en Ciencias Biológicas en la Universidad de Bristol.
La vida animal se originó en el agua hace más de 600 millones de años. Hace unos 500 millones de años, los animales iniciaron su migración del agua a la tierra. Este periodo, conocido como el Cámbrico, representa uno de los mayores cambios evolutivos en la historia de la Tierra, que sentó las bases de todos los modernos ecosistemas terrestres.
Aunque las plantas verdes solo colonizaron la tierra una vez, hace unos 500 millones de años, los animales lo hicieron en múltiples momentos de forma independiente. Esto convierte a la vida animal terrestre en un sorprendente ejemplo de "evolución convergente": el proceso en el que diferentes linajes desarrollan soluciones para el mismo problema. Cada uno de estos "saltos" a tierra firme abrió nuevos hábitats y tuvo un drástico efecto en la atmósfera y el ciclo del agua. Esto, a su vez, creó los modernos ecosistemas en los que vivimos.
En el artículo Jialin Wei y sus colegas y yo exploraron estas transiciones de hábitat desde una perspectiva genética.
Primero, compararon los genomas de más de 150 especies del reino animal para identificar qué genes son compartidos por diferentes linajes. Luego, utilizando el árbol evolutivo de los animales, determinaron en qué ramas del árbol surgieron o se perdieron esos genes.
Descubrieron que la mayoría de las transiciones a la vida terrestre estuvieron acompañadas de una gran renovación genética, con numerosas ganancias y reducciones de genes ocurriendo simultáneamente. La capacidad de los genomas para ganar y perder genes desempeñó un papel fundamental en la adaptación animal a nuevos hábitats.
Imagen: Estimación de las cronologías de la evolución terrestre animal. Las fechas de las cronologías son medias posteriores (promedios ponderados que representan la cronología más probable). Jialin Wei, CC BY-NC-ND
Dando el salto
Este descubrimiento les llevó a preguntarse qué función cumplen estos genes y por qué algunos se conservaron mientras que otros desaparecieron. Mediante técnicas analíticas y potentes herramientas informáticas, descubrieron que los genes que se habían adquirido repetidamente en linajes terrestres distantemente emparentados estaban implicados en funciones relacionadas con la deshidratación. También solían estar relacionados con la respuesta al estrés (como la temperatura, la radiación UV, los contaminantes presentes en la tierra y los compuestos tóxicos de las plantas).
Los genes que se perdieron o disminuyeron a menudo estaban relacionados con la regeneración, la dieta y los relojes biológicos, como los ciclos de día y noche.
La migración de la vida del agua a la tierra transformó profundamente el planeta. Al colonizar la tierra, la vida cambió los ciclos terrestres, eliminando el CO₂ y aumentando la cantidad de oxígeno en la atmósfera. Además, la vida terrestre erosionó las rocas, liberando al ecosistema minerales como el calcio.
Estos hallazgos sugieren que los cambios genéticos impulsaron modificaciones en las funciones biológicas, las cuales, a su vez, se convirtieron en factores clave de la transición del medio acuático al terrestre.
Algunos animales aún necesitan ambientes húmedos para sobrevivir. Por ejemplo, las lombrices de tierra viven en suelos húmedos.
Imagen: Descripción general del flujo de trabajo de InterEvo (Intersection Framework for Convergent Evolution). Crédito Nature
En cambio, los insectos y los mamíferos pueden vivir completamente en tierra firme. Curiosamente, los investigadores descubrieron que las especies semiterrestres (principalmente diminutos invertebrados) tienden a compartir más adaptaciones. Por ejemplo, funciones relacionadas con la circulación sanguínea y la absorción de nutrientes que les ayudan a sobrevivir en el suelo.
Los animales totalmente terrestres parecen haber desarrollado una mayor diversidad de estrategias de adaptación. Descubrieron innovaciones genéticas específicas de ciertos linajes, como genes para la formación de conchas y la secreción de moco en caracoles terrestres, y genes de inmunidad innata en vertebrados terrestres.
Los animales terrestres desarrollaron defensas de barrera más reforzadas y especializadas para la vida en tierra. Estos rasgos distintivos revelan historias evolutivas únicas, moldeadas por la ecología, la fisiología y el azar.
El estudio también arroja luz sobre cuándo ocurren estas transiciones. El equipo identificó tres grandes oleadas de transiciones de agua a tierra en los últimos 500 millones de años, durante los períodos Ordovícico (hace 485-443 millones de años), Devónico-Carbonífero (hace 419-298 millones de años) y Cretácico (hace 145-66 millones de años). Estas oleadas comenzaron con los primeros artrópodos terrestres, como los insectos, y terminaron con caracoles terrestres como los que encontramos en nuestros jardines.
Es probable que estos periodos se desencadenaran por drásticos cambios ecológicos y geológicos. Por ejemplo, el surgimiento de las primeras plantas terrestres y la creación de hábitats estacionales que generaron nuevos entornos y oportunidades para los animales terrestres.
Las investigaciones anteriores se han centrado principalmente en linajes específicos de animales terrestres. Sin embargo, este estudio reúne estas transiciones, ofreciendo la primera visión integral de cómo y cuándo los animales conquistaron la tierra.
Este estudio nos ofrece una visión de lo que sucedería si pudiéramos rebobinar la historia de la vida: algunos cambios genéticos parecen inevitables, reapareciendo una y otra vez a medida que la vida se adapta al medio terrestre, mientras que otros son poco frecuentes. La investigación demuestra cómo la evolución encuentra continuamente nuevas soluciones a los desafíos de la vida en la Tierra.
La investigación fue publicada en Nature: Convergent genome evolution shaped the emergence of terrestrial animals
