Los biólogos todavía están luchando con el misterio del origen de la vida en la Tierra. Es necesario comprender cómo se originaron las bacterias primitivas y otras formas de vida. Poco se sabe sobre el organismo progenitor, pero la genómica nos permite descubrir algo sobre las criaturas más antiguas que habitaban el mundo en los albores de su existencia. "Lenta.ru" habla de un artículo publicado en la revista Nature, en el que los autores intentan responder a la pregunta de quién fue LUCA (último ancestro común universal). Luca es el ancestro común universal de todos los organismos modernos.
Todavía no había tres dominios (superreinos) de la vida: bacterias, arqueas y eucariotas, pero él ya existía. Este organismo es un vínculo intermedio entre el entorno inanimado de la Tierra primitiva y los primeros microbios que vivieron en las rocas hace 3.8-3.500 millones de años. No se sabe cómo era Luke y en qué condiciones vivía. Los científicos, como los detectives, han reconstruido sus características básicas pieza por pieza. Partimos del siguiente principio: dado que Luke es el antepasado de todos los organismos vivos, significa que heredaron algunos rasgos de él. A partir de las características biológicas inherentes a todo ser vivo, los biólogos han creado un retrato de Luke: un organismo unicelular que se asemeja a una bacteria.
Un nuevo estudio de científicos alemanes permitió aclarar la organización interna del antepasado universal. Los científicos han determinado qué genes podrían incluir el ADN de Luke. Para ello, utilizaron un enfoque filogenético, es decir, analizaron las relaciones evolutivas entre diferentes tipos de vida en la Tierra. Esto se hizo de la siguiente manera. Habiendo establecido qué proteínas están codificadas por el genoma procariota, los biólogos seleccionaron aquellas que cumplían con varios criterios. Primero, la proteína debe estar presente en los taxones superiores tanto de bacterias como de arqueas. En segundo lugar, si construimos un árbol filogenético, un diagrama que refleja las relaciones evolutivas, entonces las bacterias y arqueas que poseen esta proteína deben formar un grupo monofilético, es decir, tener un ancestro común. La última condición aumenta la probabilidad de que estas mismas proteínas estuvieran presentes en Luke,y de él pasaron a la descendencia.
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En total, se analizaron más de seis millones de genes que codifican proteínas y están presentes en 1.847 genomas bacterianos y 134 de arqueas. Del total, los científicos formaron 286 514 grupos (clusters), de los cuales solo alrededor de 11 mil contenían proteínas bacterianas y arqueales. Cuando se construyeron los árboles filogenéticos y se probaron los grupos de proteínas para seguir el principio monofilético, solo quedaban 335 grupos que cumplían las condiciones iniciales. Todas las proteínas de la muestra final, según los biólogos, estaban presentes en el genoma de LUCA. Cabe señalar que estos criterios no excluyen la posibilidad de transferencia horizontal de genes. Por lo tanto, una proteína que apareció por primera vez en las primeras bacterias pudo ingresar a Archea y extenderse entre los representantes de cada uno de los dominios, aunque nunca estuvo presente en el cuerpo de Luke.
Los biólogos estaban interesados en los genes que forman el "núcleo de información" en las células de los organismos vivos. Estamos hablando de 19 proteínas involucradas en la síntesis de ribosomas, así como de ocho enzimas que juegan un papel importante en la formación del ARN de transporte (mueven los aminoácidos a los sitios de construcción de moléculas proteicas).
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Fumadores negros
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Foto: NOAA / Wikipedia
El genoma reconstruido de Luka sugiere que era una criatura anaeróbica (adaptada a un ambiente libre de oxígeno) que recibió la energía necesaria para la vida como resultado de la quimiosíntesis, reacciones químicas que oxidan los minerales. Aparentemente, el antepasado universal vivía cerca de fuentes hidrotermales, como fumadores negros. Esto está indicado por la posible presencia de girasas en él, enzimas específicas de organismos termófilos (termófilos). También en LUCA, muy probablemente, había enzimas que hacen posible la quimiosíntesis, en la que el dióxido de carbono es la única fuente de carbono. En general, este organismo podría recibir energía de gases como el hidrógeno, el dióxido de carbono y el nitrógeno.
Algunas de las enzimas contienen grupos de hierro-azufre (FeS), que son un grupo de moléculas cofactor que se unen específicamente a las proteínas y determinan su actividad catalítica. Esto indica que Lucas vivió en un ambiente rico en hierro. Se ha identificado otro grupo de proteínas implicadas en el metabolismo del azúcar: glicosilasas e hidrolasas. Estas enzimas en las células modernas son importantes para la síntesis de la pared celular, lo que puede indicar la existencia de una pared celular primitiva en LUCA.
El Gran Manantial Prismático es un hábitat típico de Archaean
Foto: Jim Urquhart / Reuters
Los hallazgos de los investigadores confirman una serie de tesis importantes. Los grupos de FeS, así como los metales de transición en la composición de los cofactores, son el legado del metabolismo antiguo. Los primeros organismos vivos surgieron en fuentes hidrotermales. Las reacciones químicas que ocurren en el borde del medio acuático y las rocas rocosas crearon las condiciones para el surgimiento de la vida. Los primeros representantes de bacterias y arqueas fueron autótrofos, dependientes del hidrógeno y que utilizan dióxido de carbono como aceptor terminal en el metabolismo energético (en animales y plantas, este papel lo desempeña el oxígeno inhalado).
Los árboles filogenéticos construidos no permitieron aislar las proteínas características de LUCA, que intervienen en la síntesis de los aminoácidos que componen las proteínas y los nucleósidos que forman el ADN y el ARN. Sin embargo, un ancestro universal podría haberse formado a partir de aquellos componentes que se formaron como resultado de procesos químicos espontáneos característicos de la Tierra primitiva.
Curiosamente, los resultados de los biólogos alemanes contradicen los hallazgos de científicos franceses publicados en 2008. Atribuyeron la cebolla a organismos que prefieren temperaturas moderadas (menos de 50 grados centígrados). Se creía que LUCA no podía ser termófilo debido a que sus proteínas no eran resistentes a las altas temperaturas. Al mismo tiempo, los antepasados de las bacterias y las arqueas bien podrían haber vivido en un ambiente muy caluroso. El nuevo trabajo presta atención no a la estabilidad inmediata de las enzimas, sino a qué condiciones ambientales son características de estas proteínas.
Alexander Enikeev
