updated 9:31 AM CEST, Oct 17, 2017

La vida comenzó en un ambiente hidrotermal

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fuentes hidrotrermales de Midway Geyser Basin

El "último ancestro común universal" obtenía la energía del hidrógeno

Es uno de los más grandes misterios de la ciencia moderna: ¿cómo comenzó la vida exactamente? Aunque la mayoría de los científicos creen que todas las formas de vida evolucionaron a partir de un ancestro común desde un primitivo microorganismo, los detalles son borrosos. ¿Qué tipos de genes han procedido esa forma de vida y dónde vivía? Un nuevo estudio, publicado en Nature Microbiology, arroja ahora algo de luz sobre este temprano organismo y el medio ambiente en que se desarrolló.

Científicos experimentales interesados en los orígenes de la vida en general abordan el problema de dos maneras distintas. Unos utilizan un enfoque de abajo hacia arriba en el que imaginan cómo podría haber surgido la temprana vida y luego tratan de recrear los pasos clave en el laboratorio. La otra alternativa, un enfoque de arriba hacia abajo, es analizar o desmontar las células modernas para simplificarlas y deducir cómo podrían haber tenido lugar las etapas clave en la evolución de la complejidad.

Los informáticos interesados en este problema explotan las enormes cantidades de datos que se desprendieron de la revolución en la secuenciación del ADN. Esto ha resultado ser un mar de información acerca de los genomas de los organismos - desde las bacterias hasta los seres humanos. Ocultos en ellos debe estar el eco de secuencias de ADN de las células primitivas - las primeras células en el planeta que usaron el código genético moderno - difundido a través de miles de millones de generaciones.

árbol filogenético de la vidaEl "último ancestro común universal" es una hipotético organismo unicelular muy temprano del que descendió toda la vida en la Tierra. La relación entre este antepasado y los organismos modernos se visualiza a menudo en forma de árboles evolutivos, de los cuales los más famosos ejemplos tempranos eran los de Charles Darwin.

El advenimiento de la secuenciación del ADN proporcionó una medida maravillosa y altamente cuantitativa de la relación genética que trasciende la totalidad de la biología. El mismo código de cuatro bases de A, C, G y T se utiliza por prácticamente todos los organismos del planeta. Así, en principio, puede ser usado para construir árboles evolutivos para el conjunto de la vida.

Sabemos que ciertos genes, como el que codifica una pequeña subunidad de ARN del ribosoma (los sintetizadores de proteínas de una célula), existían en los albores de la vida celular en la Tierra y parecen haber sido heredados por todas las formas de vida posteriores. Hace más de cuatro mil millones de años, las copias de este gen en particular - 16S rRNA - han cambiado gradualmente por mutaciones al azar en linajes separados que han dado lugar a las diferentes formas de vida. Esto significa que cada una tiene una secuencia característica que es similar en los organismos que divergieron hace poco, pero cada vez más diferente en linajes que divergieron antes en la evolución.

Los primeros análisis hace unos 30 años de estas secuencias de ADN "universales" condujeron a cambios dramáticos en nuestra apreciación de la diversidad de la vida en la Tierra y, especialmente, el grado de escalonamiento de la diversidad de organismos unicelulares sin núcleo (los procariotas). También puso de manifiesto la existencia de un enorme nuevo "dominio" de la vida, el prokaryote - que ahora se llaman arqueas.

Los intentos de desarrollar árboles verdaderamente universales que definieran la forma en que todas las células modernas descienden de ese último antepasado común universal han sido frustrados por una serie de problemas técnicos. Uno de los problemas radica en el gran número de grupos que se han separado el uno del otro desde el comienzo de la primera vida. Lo que es más, las bacterias también pueden intercambiar genes entre sí, lo que hace que sea más difícil de identificar la forma en que han sido transmitidos.

¿Organismos impulsados por hidrógeno?

bacteria ClostridiumLos investigadores del estudio aplicaron un sofisticado nuevo método para organizar algunos de los 6 millones de genes procariotas secuenciándolos en familias. Luego buscaron patrones de similitud en todos los grupos bacterianos y encontraron un pequeño conjunto de genes que estaban presentes tanto en bacterias como en arqueas. Podrían mostrar que estos genes era muy probable que hubiesen sido heredados directamente de un ancestro común, más que por el intercambio lateral a lo largo del camino.

El resultado es importante porque identifica grupos específicos de bacterias (clostridios) y arqueas (metanógenos) que transportan las primeras versiones de estos genes, lo que significa que son muy antiguos y pueden ser similares a los muy primeros organismos que dieron lugar a los linajes separados de bacteriae y archaea.

Más importante aún, la naturaleza de los genes que se conservan cuenta una increíble historia sobre el tipo de ambiente en el que vivió este último ancestro común - incluyendo cómo extraía la energía para sobrevivir y prosperar.

El estudio sugiere que el mundo habitado por estos organismos hace casi cuatro mil millones de años fue muy diferente al que vivimos ahora. No había oxígeno disponible pero, de acuerdo a los genes, este antepasado común probablemente obtenía la energía a partir del gas hidrógeno, presumiblemente fabricado por la actividad geoquímica en la corteza terrestre.

Los gases "inertes" entre ellos el dióxido de carbono y nitrógeno habrían proporcionado los elementos fundamentales para la toma de todas las estructuras celulares. El hierro era de libre acceso, sin oxígeno para convertirlo en óxido insoluble, por lo que este elemento fue utilizado antiguamente por muchas enzimas en la célula. Algunos de los genes se cree que están involucrados en la adaptación a altas temperaturas, lo que sugiere que estos organismos evolucionaron en un ambiente hidrotermal - quizá equivalente a las fuentes hidrotermales modernas o aguas termales, donde todavía prosperan algunas bacterias.

Lamentablemente, sin una máquina del tiempo, no hay manera de verificar directamente los resultados. Sin embargo, esta nueva información será de gran interés, sobre todo para aquellos científicos que deseen utilizar la información para controlar sus experimentos de abajo hacia arriba en la recreación de las formas modernas de vida primitiva. Pero no será fácil, dado el requisito de alta temperatura, nitrógeno, dióxido de carbono y explosivo gas de hidrógeno.

Artículo científico: The physiology and habitat of the last universal common ancestor

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